Proyecto para el ahorro de energía (página 2)

2. Marco Problema

1-. Planteamiento Del Problema.

A través de los tiempos el hombre se ha valido de múltiples servicios que le han proporcionado confort a su subsistencia, tal es el caso de la energía eléctrica que ha tenido un papel preponderante en el desarrollo de la sociedad porque permite el avance de la tecnología en la vida moderna, y a su vez ésta ofrece equipos cada vez más sofisticados que brindan recreación, entretenimiento y comodidades, demandando mayor cantidad de energía, como lo son los electrodomésticos, los aires acondicionados, etc., que en el ámbito residencial representan un papel primordial, ya que cada día son más necesarios para facilitar las labores tanto en el hogar como en el trabajo.

Estos adelantos han hecho que el consumo de energía eléctrica en las grandes ciudades haya tenido un aumento paulatino en los últimos años, tal como se observa en el gráfico N° 1, caracterizándose principalmente en que la sociedad moderna es creciente y altamente tecnificada y continúa en la búsqueda de la comodidad, el desarrollo y el crecimiento en todos los aspectos: La ciencia, las guerras, las medicinas, el trabajo, el hogar, etc. Esto se constituye en un factor bastante preocupante hoy en día, ya que es vital para la sociedad moderna, porque representa la sangre que hace mover los brazos de la tecnología y el desarrollo del mundo. Y es donde se debe poner de manifiesto la necesidad de reflexionar y pensar en no malgastar el uso de la energía eléctrica.

Gráfico N° 1. Consumo relativo de energía en el mundo.

Fuente: http://habitat.aq.upm.es/boletin/

Cabe destacar que la electricidad debe ser generada, transportada, distribuida, medida y facturada, pero todo este proceso requiere de un sistema eléctrico que debe mantenerse al día, donde se incluye personal especializado y alta tecnología en materiales y equipos, tal como lo manifiesta Penissi (1993), "que es de suma importancia el disponer de un sistema de distribución eléctrica que brinde cierta confiabilidad, continuidad y seguridad a las personas que habitan las viviendas".

México no está alejado de esta continuidad y seguridad, porque el sector eléctrico tiene como finalidad principal la satisfacción de los requerimientos de energía eléctrica que demandan tanto la colectividad como todas aquellas actividades orientadas al desarrollo económico y social del país. Para cumplir estos objetivos las empresas de este sector, deben realizar todas o algunas de las etapas, como lo son: Generación, transmisión, distribución, y comercialización del servicio eléctrico. En la actualidad estas empresas integran el llamado sistema eléctrico interconectado en México. La tabla N° 1 muestra las estadísticas de producción y consumo de electricidad, en México, en el período de 1947 a 1987, sin incluir a los autoproductores. Observándose claramente el crecimiento energético que se ha tenido en las últimas décadas.

Tabla N° 1. Producción y consumo de electricidad en México.

Fuente: Revista "Energía e Industria", Enero – Marzo 1989

Para 1997 la energía total generada correspondió a 76.277 GWH, según la Organización Nacional de Empresas Energéticas. La capacidad de generación instalada del sistema interconectado asciende a 19.031 MW, debido a los grandes recursos hidrológicos con que cuenta México, el 62 % del total generado corresponde a energía proveniente de centrales hidroeléctrica, el restante 38 % proviene de céntrales termoeléctricas.

Es necesario enfatizar, que la energía hidroeléctrica se crea gracias al caudal de grandes ríos. Esta ha sido responsable de todo el peso de la generación eléctrica en los últimos años, pero en los actuales momentos, esta vital planta no tiene la capacidad de satisfacer la demanda del país, debido a que la ausencia de precipitaciones ha reducido considerablemente el nivel de agua; ante esta situación se están tomando medidas y se ha comenzado una campaña educativa sobre el racionamiento y uso eficiente de energía.

Aunque existen en el país siete plantas principales de generación de electricidad -tanto hidroeléctrica como termoeléctrica-, CFE aporta 70 % de la energía nacional, cuando la distribución debería ser de 60 % de hidroelectricidad y 40 % de termoelectricidad. Esto ha hecho al país muy dependiente de una sola fuente, que hoy esta en problema. Si la sequía no merma, para el 2015 esa central dejará de producir 5.000 gigavatios por horas al año –casi 50 % de la energía eléctrica que consume el DF en un año- para el sistema eléctrico interconectado que cubre al territorio.

Así mismo, las plantas termoeléctricas que necesitan quemar combustible, poseen unidades que trabajan con gas y diesel, y son muy poco utilizadas por su alto porcentaje de contaminación ambiental, pero en vista de la situación en la que se ve envuelto el país con respecto a la sequía y contaminación de agua se han tenido que reactivar algunas de estas plantas, para esto, a mediados de este año se comenzó a aplicar un plan de contingencia. Como parte de ese plan, la Electricidad de Morelos está aportando al sistema interconectado del país un promedio de 100 gigavatios por hora al mes.

Por otra parte, esta problemática energética que afronta el país evidencia una tendencia hacia el incremento de las tarifas eléctricas, como se muestra en la tabla N° 2

Pero para comienzo del año 2007 se produjo un nuevo aumento en las tarifas eléctricas.

El nuevo pliego de tarifas eléctricas, en vigencia éste servicio experimentará un aumento del 75 % para el área metropolitana y un 20 % promedio para el resto del país. Esta disposición oficial tiene por objetivo revertir el consumo desproporcionado de electricidad en la población, y al mismo tiempo está dirigido a recompensar o castigar el buen uso de la energía y lograr la meta de ahorro en un 10 %, prevista por el gobierno, en momentos en que el prolongado período de sequía afecta la disponibilidad en la generación hidroeléctrica.

El pliego tarifario del sector eléctrico contiene aumentos tarifarios automáticos cercanos a los 30 % promedio cada año. Dichos aumentos se deben a los factores que intervienen en el calculo de las tarifas eléctricas, donde se puede mencionar: Cargo por energía (Bs./KWH), cargos por demandas (Bs./KVA), factor de ajuste por variación inflacionaria (FAVI) y factor de ajuste por combustible (FACE).

Gráfico N° 2. Costos de explotación de energía eléctrica.

En el gráfico N° 2 se presenta una variación hacia el aumento de los precios mensuales de combustible y de energía de sustitución, consideradas base fundamental para determinar el costo de las tarifas eléctricas.

Toda esta problemática manifiesta que aquella poca preocupación que existía en México por el consumo de electricidad, porque su precio era bajo comparándolos con otros insumos, debe cambiar, ya que a raíz de los ajustes inflacionarios y aumento de los combustibles se presenta la interrogante si se sigue o no malgastando el uso de la energía eléctrica; para esto en muchos hogares se están tomando medidas para disminuir los costos, por ejemplo apagar el televisor que no se está viendo o las luces en las habitaciones desocupadas y usar la lavadora con su carga máxima son algunas de las medidas caseras que contribuyen a controlar el consumo de energía eléctrica.

Pero en realidad esta problemática no sólo se refleja en cosas domésticas, sino también en las grandes corporaciones, donde la búsqueda de soluciones a los constantes aumentos de electricidad y consumo de energía eléctrica es más perentoria, ya que esto representa mayor costo de facturación. En el caso de organismos públicos, donde las soluciones son más complejas, porque cada día se observa mayor desgaste, como es el caso de calles, avenidas y plazas públicas, donde la mayoría de los sistemas de iluminación son del tipo incandescente de más de 30 años, presentando problemas como: la vida útil de los bombillos, que es corta; la humedad, que hace que las luminarias se queman muy rápidamente; los niveles de iluminación, que son muy bajo, considerando también que funcionan casi todo el día, debido a que los dispositivos de encendido automáticos (Fotoceldas) se encuentran dañadas por la falta de mantenimiento.

De igual manera en instituciones educativas, como en escuelas, liceos e institutos universitarios se presenta los problemas de derroches de energía eléctrica, de los cuales podemos mencionar algunas: la despreocupación por parte de todo el personal, en cuanto al apagado de las luces y equipos que no se están utilizando; el uso de lámparas incandescentes del tipo de halógenos, de muy alto consumo de energía; el envejecimiento y deterioro de materiales y equipos, los cuales cumplen con su período de vida útil, tras el cual deben ser reemplazados; la falta de mantenimiento; las conexiones desproporcionadas, todo esto ocasiona interrupciones prolongadas y costosas en el servicio de electricidad, que afecta directa e indirectamente al personal que labora en dichas instituciones.

Dentro de estas instituciones se encuentra el Tecnológico de Monterrey que de igual forma no escapa a la problemática antes manifestada, ya que posee los sistemas eléctricos comúnmente utilizados, circuitos de alumbrados, tomacorrientes, etc., que permiten conectar equipos que demandan energía. En la tabla N° 3 se muestra un estimado de la demanda que presenta dichos equipos.

Tabla N° 3. Estimado de la demanda de equipos en el Tecnológico de Monterrey

Como se observa en la tabla anterior los aires acondicionados, la iluminación y conexiones de tomacorrientes son los que presentan mayor demanda de energía en la institución. Si se considera el tiempo de funcionamiento de estos equipos se obtiene el consumo que presentan. Es el producto directo de la energía eléctrica utilizada para la generación de trabajo mecánico o generación de calor (potencia activa) durante un tiempo determinado, multiplicado por la tarifa Bs./kwh". Para esto se considera que los aires acondicionados trabajan un período de 8 a 12 horas, igual que las computadoras. Pero uno de los grandes problemas que existen es en cuanto a apagar las luces y los ventiladores de las aulas de clases, donde se puede estimar un tiempo de funcionamiento de aproximadamente 15 horas, ya que el horario de actividades académicas está comprendido desde las 7:15 A. M. Hasta las 9:45 P. M., esto ocasiona un consumo como se muestra en la tabla N° 4. Se tomó como promedio 15 horas, pero la realidad es otra, tal como se muestra más adelante.

Tabla N° 4. Estimado del consumo de energía de los equipos

Como se observa en la tabla anterior, los aires acondicionados representan un consumo de 36 %, mientras que los sistemas de iluminación llegan al 52 %, siendo estos los de mayor impacto en el consumo, ya que existe un descontrol en cuanto apagado de las luces en la institución. Este alto porcentaje de consumo en las luminarias se presenta porque las mismas son del tipo convencional, es decir, de efectividad relativamente baja y de alto consumo porque están formadas por tubos fluorescentes de 40 W. En la tabla N° 5 se observa la demanda que presentan las principales luminarias de la institución.

Tabla N° 5. Demanda y tipo de luminarias

Esta tabla indica que hay luminarias de 4 tubos de 40 W, con 2 balastos que consumen 16 W lo que hace un total de 192 W; así mismo hay luminarias de 2 tubos de 40 W con 1 balasto de 16 W, para una demanda de 96 W; también hay luminarias de 1 tubo de 32 W con un balasto de 16 W, para un total de 48 W; y algunas luminarias de 1 tubo de 22 W con un balasto de 8 W, para 30 W; y por último en los talleres existen luminarias del tipo luz mixta de 250 W. Cabe destacar que los balastos que poseen las luminarias son del tipo electromagnéticos de muy alto consumo y gran cantidad de desprendimiento de calor.

En la actualidad existen equipos de muy buena tecnología que pueden utilizarse para reducir el consumo de energía por iluminación que presenta la institución, tal es el caso de lámparas fluorescentes de 32 W y balastos electrónicos de 2 W, con los mismo índices de iluminación. Si se considera la sustitución de equipos más rendidores como los mencionados anteriormente, se tienen ahorros como los mostrados en la siguiente tabla.

Tabla N° 6. Demanda de nuevas luminarias.

Según la tabla anterior se tiene que las luminarias de 4*32 no demandaría 192 W, sino 132, lográndose un ahorro de 60 W, así para la de 2*32 que permitiría un ahorro de 30 W y la 1*32 un ahorro de 14 W. El modelo de 1*22 no se considera por existir solo unas cuantas en la institución.

No sólo se encuentra, Tecnológico de Monterrey, la problemática de las luces convencionales, sino también la existencia de innumerables conexiones eléctricas que no están acordes a las normas de seguridad exigidas y que están ocasionando fallas al sistema eléctrico, de las cuales se pueden mencionar:

Falla de alumbrado en las áreas externas e internas, producto del deterioro del sistema eléctrico, falta de breaker, cinta adhesivas, entre otros, todo por la falta de mantenimiento, es decir que existen roturas de los cables que ocasionan cortos circuitos en las conexiones y empalmes, trayendo como consecuencia daños a los equipos del alumbrado, quemas de luminarias, eliminación parcial del servicio eléctrico en las áreas externas e internas y sus alrededores, gastos y costos a la institución, ya que esta debe adquirir los equipos para instalarlo, a través del personal obrero, ocasionando pérdida de tiempo, entre otras.

Las conexiones desproporcionadas de circuitos de tomacorrientes y alumbrados dentro de la institución, han creado un desbalance total en los sistemas de distribución eléctrica ocasionando daños a los equipos allí conectados y también pérdidas de energía sin uso. Tal como lo manifiesta el Código Eléctrico Nacional, CEN (1981), "la carga máxima de desequilibrio del neutro de un alimentador será la carga máxima conectada entre el neutro y cualquiera de los conductores activos…". Esta cita establece que la corriente que circula por el conductor neutro esta relacionada con la corriente de los conductores activos. Según algunas medidas que se han realizado durante las actividades académicas en los turnos mañana, tarde y noche por varias semanas se demuestra que la corriente de carga midió 230 Amperios en promedio y el neutro midió 56 Amperios, observándose una corriente muy alta comparándola con la de las fases, esto pone de manifiesto un desbalance de carga en los tableros de distribución de energía eléctrica que tiene la institución.

Ante toda esta situación energética, los aumentos globales del consumo de energía eléctrica y en las tarifas eléctricas, el derroche de energía en las instituciones educativas, el mal uso de la energía, la despreocupación que se tiene sobre la misma, la falta de mantenimiento y así como la falta de inversión para mejorar dicho servicio, se ha hecho impostergable la necesidad de plantear una política de ahorro de energía a todos los niveles de las instituciones educativas, para tomar conciencia y comenzar a optimizar el consumo de energía. En lo que respecta al Tecnológico de Monterrey se ha tomado la decisión de iniciar un proyecto para tratar de disminuir el consumo de energía eléctrica, por concepto de iluminación, ya que representa el mayor impacto en el consumo de la institución y el balance de los sistemas de distribución.

El proyecto tratará en primera instancia de mostrar todas aquellas estrategias que ayuden a reducir el consumo de energía, a través de un programa que contendrá los aspectos más relevantes sobre un alumbrado eficiente y la concientización acerca de la utilización de productos de bajo consumo en donde la población, en general, estarían consumiendo menos, lo que resultaría en un equilibrio entre la oferta y la demanda de energía y un consecuente ahorro.

Objetivos de la Investigación

Objetivo general:

Diseñar un programa de ahorro de energía eléctrica en los sistemas de iluminación del Tecnológico de Monterrey

Objetivos específicos

Realizar un diagnostico del sistema de energía eléctrica de iluminación en el Tecnológico de Monterrey

Describir los equipos de iluminación que se deben usar para lograr un ahorro en el consumo de energía.

Establecer y delimitar los lineamientos del programa para el ahorro de energía.

Justificación e Importancia de la Investigación

Para la gran mayoría de los mexicanos, la electricidad es algo que esta siempre disponible, se aprieta el interruptor y se prende, se enchufa un artefacto electrodoméstico y este funciona, pero pocos saben cómo se genera y se transmite la energía eléctrica. No están conscientes de que detrás de esos agujeros o de esos botones en la pared hay un largo camino, una gran infraestructura que puede ser afectada por factores climáticos, políticos, económicos o sociales.

Ahora los mexicanos están muy preocupados por que actualmente existe un déficit de energía eléctrica, producto de la incesante sequía, pudiéndose resolverse con la ayuda de todos los consumidores, si los mexicanos contribuyen con un ahorro de 5 % en el consumo hogareño y eso se suma a las otras medidas que se han tomado, sería suficiente para aminorar la contingencia y evitar los apagones del año que viene. Se quiere decir que la sequía imperante, no presentaría ningún problema, si los mexicanos contribuyeran al ahorro. Es por eso que se presenta la posibilidad de realizar esta investigación, que tratará de plantear algunas soluciones al constante aumento del consumo de energía eléctrica, tomando como base del estudio al Tecnológico de Monterrey, el cual servirá como un aporte teórico para las posibles mejoras de la infraestructura eléctrica.

Además, el deterioro de las instalaciones eléctricas del Tecnológico de Monterrey y la deficiencia en cuanto a la iluminación hace que la misma no cumpla con la visión que tiene planteada, ser reconocido como el mejor Instituto Tecnológico del Estado de Morelos y estar entre los mejores del país, ya que esto representa debilitamiento tanto en lo social, económico e institucional. Así mismo es de suma importancia plantear un programa de ahorro de energía, debido a que se esta en un mundo cambiante donde los costos de la tarifa eléctrica van en constante aumento y si se tienen equipos más eficientes y rendidores, diseñados con los esquemas de ahorro de energía, que en la actualidad es tema sumamente importante, no representaría un impacto económico muy fuerte, el hecho de aumentar las tarifas por concepto de electricidad y por ende los costos de la misma.

También tendríamos, en rasgos generales, como resultado de la conservación de energía la preservación del medio ambiente, pues:

• Menos hidroeléctricas implican menos deforestación.
• La menor generación de energía nuclear tiene como resultado menor radiación y menores riesgos.
• Menos termoeléctricas implican menos contaminación.

Alcance y delimitación de la Investigación

Ahorrar energía eléctrica no es reducir el nivel de bienestar o grado de satisfacción de las diferentes necesidades, sino por el contrario es dar lugar a una reflexión y un cambio en los comportamientos que conduzcan a un uso racional de la misma. Es por esto que el uso racional y efectivo de la energía para minimizar costos y destacar las situaciones competitivas se presenta como el objetivo principal de un programa de ahorro de energía, donde se consideran estrategias para el ahorro, las áreas pertinentes al programa, presupuestos y estimaciones de ahorro, etc.

Para el caso específico del Tecnológico de Monterrey el programa de ahorro de energía eléctrica permitirá obtener el mejor costo beneficio de los sistemas de iluminación, ya que se considerará la sustitución de todas las luminarias que presentan bajo rendimiento, también se tratará de obtener un sistema de distribución de energía eléctrica que este acorde a las normas de seguridad exigidas por el CEN, haciendo un balance total de todos los tableros eléctricos. De esta manera se estarían resolviendo la mayoría de los problemas eléctricos que se presentan en la institución. Así mismo, este programa contendrá los aspectos más relevantes sobre un alumbrado eficiente, donde se tiene: Diseño eficiente y bajo normas, uso apropiado de lámparas, balastos adecuados y mantenimiento frecuente al sistema eléctrico.

Por lo que se ha visto la iluminación es la responsable por más o menos un 20 por ciento del consumo de energía, abarcando en este número la industria, el comercio y las residencias. Muchas son las posibilidades de reducción del consumo de energía que se gasta en iluminación, desde el simple cambio de una lámpara hasta la implementación de nuevos sistemas con equipamiento electrónico inteligentes. En este sentido, todos los equipos que se requieren en el hogar, los de iluminación representan el 40 % del consumo total. Tal como se muestra en el siguiente gráfico.

Gráfico N° 3. Consumo de equipos eléctricos en el hogar

Pensando en ello se desarrolló tecnología de bajo consumo de energía, lámparas, balastos, controles electrónicos y sistemas de iluminación que ahorran energía, tienen una mayor duración y ayudan, de esta forma, a evitar riesgos de suministro. Por estos, en el programa de ahorro de energía, se considerarán los sistemas de iluminación, porque se demostró anteriormente que los mismos son los que mayor consumo presentan en la institución y es en el alumbrado donde aplicando las nuevas técnicas se puede lograr un ahorro considerable de electricidad y por ende los recursos.

De igual forma, existen estimados que arrojan que por cada tres vatios que se ahorran en iluminación, se ahorra uno en aire acondicionado. Esta aseveración no es del todo falsa, ya que gran parte de la iluminación de una lámpara se convierte en calor y si esta colocada en una oficina, es compensada por el aire acondicionado. Por estos detalles se considera el modelo en términos de la iluminación. Para la aplicación de este programa se considerará un período de actividad académica, como por ejemplo el período Febrero – Agosto de 2008.

3. Marco Teórico

Antecedentes Es difícil predecir los resultados de la adecuada administración de la energía, puesto que éstos varían ampliamente debido a la naturaleza de la actividad, ubicación geográfica, procedimientos de facturación de la empresa local de servicio eléctrico y otros factores. Sin embargo, los ahorros en energía consumidas han llegado hasta un 70 % sobre costos originales y parecen seguir ascendiendo. En muchas publicaciones se mencionan estudios de casos con ahorro del 40 %, de los cuales se pueden mencionar:

Ortiz (1993), en la torre Pequiven Caracas crea el proyecto "Diseño, operación, mantenimiento y uso tendente a disminuir los costos totales del consumo eléctrico, tomando en cuenta factores ambiéntales operacionales y ergonómico. El proyecto planteaba los siguientes puntos:

• Reducir los índices de iluminación en oficinas y pasillos, los cuales indicaban una cantidad de 1200 Lux, lo que la norma recomendaba 150 Lux.
• Se decidió apagar los equipos de aire acondicionado durante los fines de semanas y días feriados.
• Los tubos que utilizaban eran de 40 W y existen otros más eficientes de 32 W. Normalmente la lámpara tiene un balasto de 16 W, pero hay balastos electrónicos que consumen uno o dos vatios, así que se decidió colocar tubos de 32 W y balastos electrónicos.
• También se colocaron sensores de ocupación, los cuales disponen de un detector infrarrojo para captar el movimiento del calor, es decir que si en período determinado el sensor de ocupación no detecta el calor de un cuerpo en movimiento, interpreta que en esa área no hay gente y automáticamente apaga la luz. En 1993 cuando se comenzó el proyecto la torre consumía 1.200.000 KWH con un costo de 10.500.000 Bs., después de unos meses el consumo bajó a 950.000 KWH y las facturas se mantienen, para la fecha, en el orden de los 11 millones de bolívares al mes.

Bidiskan (1994), junto con GENTE, generación de tecnología, la empresa pionera en Venezuela en área de administración racional de la energía, demostró que a través de la automatización es posible ahorrar energía. Motivado por el alza incesante de los costos asociados al consumo de electricidad, emprendió un proyecto para optimizar la utilización de la energía eléctrica en el centro Sabana Grande. En una auditoria energética se demostró que el 55 % del consumo del centro comercial era debido al aire acondicionado, razón que determinó el área de servicios que debería ser atacado en primer orden y como solución se planteo "Automatizar los equipos de climatización del centro comercial". Este sistema de control le produjo a los inquilinos del centro comercial ahorros en el orden de los 10,5 millones de bolívares con un sistema de retorno de inversión de tan solo doce (12) meses.

Santana (1995), líder del proyecto de ahorro de energía en la empresa CORPOVEN, filial de Petróleos de Venezuela, emprendió a través de su Gerencia de Mantenimiento y con la finalidad de minimizar costos de operación un proyecto para ahorro de energía, optimizando la iluminación de su edificio sede en Caracas. Como primera etapa del proyecto, se compararon los niveles de iluminación existentes con los estándares o niveles de iluminación requeridos y aprobados por instituciones tales como IESNA, Ilumination Engineering Society, Covenin, etc., a través de este estudio se concluyó que las áreas estaban sobre iluminadas, lo que permitió la eliminación de aproximadamente el 27 % de las luminarias existentes. Como segunda etapa del proyecto, se procedió con implementación de tecnología de punta, instalándose 2000 reflectores especulares, los cuales son pantallas parabólicas de aluminio anodizado, altamente reflectivas y geométricamente diseñadas para maximizar la calidad de la iluminación sobre las áreas de trabajo. Considerando el hecho de que cada luminaria de 4*40 W (4 tubos de 40 W) consume 192 W y eran sometida a un régimen de trabajo de doce (12) horas diarias, durante veinte días al mes, se obtiene un consumo de 92.160 KWH por concepto de iluminación, considerando todas las luminarias. Con la instalación de los reflectores fue posible disminuir el consumo asociado a luminarias repotenciadas a tan solo 46.080 KWH. La implementación de este proyecto en sus dos etapas, produjo a CORPOVEN en el primer año, ahorros recurrentes en el orden de los doce millones de bolívares (12.000.000 Bs.) y el tiempo de retorno de la inversión estaba proyectada a dieciséis meses.

Ruedas (1997), Coordinador Académico y de Investigación de la Universidad de la Salle Bajío, México hizo un proyecto de ahorro de energía eléctrica por iluminación en dicha Universidad, cuya evaluación arrojó como resultado que en el campus principal de la Universidad es posible, mediante medidas adecuadas, ahorrar hasta un 30% del consumo de electricidad por concepto de alumbrado. Considerando que en algunas áreas se mantendrá el consumo con una mejor iluminación. El ahorro en electricidad por iluminación se logra a partir del reconocimiento del problema en el ámbito de las direcciones.

González (1998), en Cuba inicia un Programa de Ahorro de Electricidad (PAEC), caracterizado por el chequeo y control de los derrochadores por parte de los grupos del programa que funciona en cada territorio. Este como jefe nacional del PAEC, precisó que estas medidas tienen como propósito continuar con la disminución del gasto de corriente, con énfasis en los 1700 grandes consumidores de la nación, los cuales gastan el 40 % de la energía generada en el sector estatal. Así mismo, es primordial el perfeccionamiento del PAEC entre los estudiantes, de manera que se incentive la cultura del ahorro en los escolares desde los grados iniciales. La puesta en vigor del PAEC posibilitó un considerable ahorro de energía en los últimos tres años. Basta señalar que si se hubieran mantenido los niveles de gastos de electricidad de 1997, el país hubiera generado 265.000 MWH más de los previstos y consumido 71.000 toneladas de combustible por encima de lo planificado.

En lo que respecta al Tecnológico de Monterrey no se ha realizado ningún trabajo de investigación relacionado con el ahorro de energía eléctrica, en tal sentido el desarrollo de este programa se hace novedoso y de gran importancia para la institución, ya que busca de una u otra manera controlar el gasto desproporcionado de energía eléctrica.

Definiciones Eléctricas Básicas

El sistema eléctrico y sus características abarca no solamente los diversos tipos de equipos que se usan y su agrupación para conformar la carga, sino también el grupo de consumidores que integran un sector. Antes de proceder al diagnóstico y estudio de carga es necesario definir las relaciones más importantes y útiles.

Potencia activa

Es la razón a la cual se efectúa el trabajo útil en un circuito eléctrico. La unidad que por lo regular se usa es el vatio (W) o kilovatio (KW). El kilovatio-hora representa la potencia eléctrica de un kilovatio actuando en un intervalo de una hora; así pues, éste representa una medida del trabajo total que realiza un circuito eléctrico. La representación matemática de esta potencia trifásica está dada por la Ec. 2.1

 2.1

Potencia reactiva

Es la potencia que no se traduce en trabajo útil, pero representa la interacción de la energía magnética que hace posible el funcionamiento de las máquinas eléctricas. Se representa en los sistemas de potencia, como una reactancia. Esta reactancia se expresa en ohmio al igual que la resistencia y la energía que interviene en ella en kilo – voltios – amperios – reactivos (Kvar), y está dada por la siguiente ecuación:

 2.2

Potencia aparente

Es la potencia suministrada por la fuente de energía (CADAFE) y se obtiene como la suma factorial de la potencia activa y reactiva. El conjunto de ellas forma el llamado triángulo de potencia. La unidad de medida se expresa en voltios – amperios (VA) y está dada por la siguiente ecuación:

 2.3

Demanda

La demanda de una instalación o sistema es la carga en las terminales receptoras tomada en un valor medio a determinado intervalo. En esta definición se entiende por carga la que se mide en términos de potencia (aparente, activa, reactiva) o de intensidad de corriente. El período durante el cual se toma el valor medio se denomina intervalo de demanda y es establecido por la aplicación específica que se considere, la cual se puede determinar por las constantes térmicas de los aparatos o por la duración de la carga. La demanda depende del monto mayor incurrido de acuerdo a los siguientes criterios:

• Demanda mínima.
• Demanda máxima
• Demanda asignada contratada.

Demanda mínima

Corresponde al cargo que se efectúa en aquellos casos en que la demanda leída en el mes, es menor a la demanda mínima de la tarifa y demanda asignada contratada.

Demanda máxima

Corresponde a la lectura máxima registrada durante el período de un mes.

Demanda contratada

Es la demanda de referencia contratada por la empresa para ser suministrada, y se considera la demanda máxima incurrida en cualquiera de los meses previos como referencia para su asignación.

Carga conectada

La carga conectada es la suma de los valores nominales de todas las cargas del consumidor que tienen probabilidad de estar en servicio al mismo tiempo para producir una demanda máxima. La carga conectada se puede referir tanto a una parte como al total del sistema y se puede expresar en vatios, kilovatios, amperes, HP, kilovoltios – amperes, entre otros, dependiendo de las necesidades y requerimientos del estudio.

Facturación de energía eléctrica

Es la forma de expresar y saber la cantidad de energía eléctrica que se ha consumido en un período de un mes y los costos que representa, según las tarifas que se tenga. La forma de realizar la facturación consiste en el cargo por consumo de energía (KWH) y por demanda (KW). Además se presenta una serie de implicaciones que deben ser comprendidas por las personas responsables de la instalación.

Cargo por consumo de energía

Es el producto directo de la energía eléctrica utilizada para la generación de trabajo mecánico o generación de calor (potencia activa) durante un tiempo determinado, multiplicado por la tarifa (Bs./KWH). Para obtener reducciones en este concepto se debe asegurar que aquellos equipos que estén utilizando la energía eléctrica, produzcan un trabajo mecánico o generen un calor, que luego pueda contabilizarse como parte del producto terminado, es decir darles un uso productivo.

Cargo por demanda

El cargo por demanda tiene implicaciones que penalizan el mal uso de la energía eléctrica, ya sea por falta de control de operación de la planta (picos de demanda), o por el uso indebido que se le puede dar a la energía, es decir un bajo factor de potencia. En el cargo por demanda es donde hay lugar a posibles reducciones y esto depende en gran medida de la comprensión que se tenga de algunos aspectos técnicos. Se debe mencionar que la demanda es registrada por un medidor, el cual requiere de una lectura sostenida superior a la registrada previamente. Esto es, en otras palabras, aquellos picos de demandas instantáneas originados por el arranque de motores o máquinas.

Descripción De Nuevos Equipos De Iluminación

En la actualidad existen equipos de alta tecnología que pueden utilizarse para reducir el consumo de energía por iluminación, tal es el caso de lámparas fluorescentes de 32 W y balastos electrónicos de 2 W, con los mismos índices de iluminación. A continuación se realiza una descripción de algunos equipos de tecnología moderna considerados claves para el ahorro de energía eléctrica.

Tubos fluorescentes TL – 80

Una mezcla de fósforos de tierras raras combinados en un tubo de una pulgada de diámetro hacen posible que los tubos TL – 80 produzcan una emisión de luz de 3.050 lúmenes, eficacia mayores de 100 lúmenes por wattios (LPW) y un índice de rendimiento de color de 85 %. Los nuevos tubos fluorescentes TL-80 combinan las mejores características de alta emisión de luz, mantenimiento del flujo luminoso y rendimiento de color que los convierten en la elección ideal para ser usados en la iluminación de nuevas instalaciones o como sustituto de tubos convencionales en sistemas existentes. Se encuentran disponibles en cualquier tamaño (2´, 3´, 4´ y 5´) con temperaturas de color (3000 °K, 3500 °K y 4100 °K).

Características

• Reducción del consumo de energía eléctrica y de los costos operativos, los tubos tienen una potencia de trabajo de 32 W, ahorrándose 8 W, con respecto al tubo convencional.
• Eficacia luminosa, mayor de 100 LPW, uso más eficiente de la energía y menor costo.
• Alta emisión de luz e incremento en los niveles de iluminación, proporcionando mayor visibilidad, por lo cual se pueden sustituir 2 tubos convencionales por 1 tubo TL-80, con el mismo índice de iluminación. Esto trae como consecuencia la disminución de la cantidad de luminarias requeridas. Una mayor eficiencia se consigue cuando se unen el tubo TL-80 con el balasto electrónico de operación paralela.

Aplicación

La familia TL – 80 es ideal para edificios de oficinas, tiendas, hospitales y otras aplicaciones donde el ahorro de energía eléctrica y la calidad en la iluminación sean factores importantes. Los tubos F17T8 y F32T8 de la familia TL – 80 son ideales para su uso en sustitución de tubos existentes en luminarias convencionales de 2´ x 2´ y 2´ x 4´, respectivamente.

Balastos electrónicos

Al igual que los transformadores electromagnéticos, son la fuente de alimentación para las lámparas fluorescentes, pero debido a los avances tecnológicos presentan mejoras notables con respecto a los balastos convencionales.

Características

• Ahorran energía: Garantizan mayor eficiencia lumínica a un menor consumo de potencia, ya que han sido diseñados para maximizar la corriente a suministrar a la lámpara y minimizar las pérdidas de energía o la disipación de potencia en el balasto mismo. No consume potencia cuando todas las lámparas del circuito están quemadas. La potencia de trabajo de un balasto electrónico es de 2 W, traduciéndose en un ahorro de 14 W, con respecto al tradicional.
• Conexión paralela: Diseñado para operación en conexión paralela, lo que implica funcionamiento independiente de cada lámpara. Si una lámpara o tubo fluorescente se quema el otro permanece encendido.
• Mayor vida útil, protección térmica: Los balastos electrónicos están provistos internamente de una protección térmica, la cual desconecta al balasto cuando trabaja en condiciones de operación en las que se exceda la temperatura permisible. Esta protección térmica prolonga la vida útil del balasto y evitará posibles accidentes en una edificación.
• Alto factor de potencia: Igual a 0.99
• Menos ruido: Los equipos eléctricos, incluyendo la mayoría de los balastos para lámparas fluorescentes, producen ruido. El ruido del balasto se convertirá en molestia cuando el mismo exceda al nivel de ruido propio de un ambiente de trabajo. Debido a sus características de diseño y principio de funcionamiento, los balastos electrónicos producen 70 % menos ruido que los balastos electromagnéticos.
• Eliminación del "parpadeo" en las lámparas fluorescentes: Asociado también al diseño de estado sólido del balasto electrónico, el mismo proporciona a su salida un voltaje a frecuencias que oscilan en el rango de los 20 a 35 Khz. Por esta cualidad, el molesto "parpadeo" u oscilación que observamos en las lámparas, es eliminado, mejorando el confort visual.