Proyecto para el ahorro de energía (página 3)

Balasto para la familia TL – 80

Los tubos TL – 80 debido a su corriente de operación de 0,265 amperios requieren de balastos especiales que son diferentes de los balastos convencionales usados para tubos T12. Esto es aplicable a cualquier tubo de una pulgada. Existen balastos electromagnéticos o electrónicos para su uso con tubos T8 en voltajes de 120 V ó 277 V, que son ofrecidos por varios fabricantes. Sin embargo, una eficiencia de más de 100 LPW sólo es conseguida cuando se unen el tubo TL – 80 con balastos electrónicos de operación paralela. Esta es la combinación perfecta: Tubo TL – 80 balastos electrónicos en paralelo para construir el sistema TL – 80.

Reflectores especulares

Son láminas dobladas de aluminio anodizado 99% puro, con apariencia de espejo (su reflectividad es superior al 85 %). Se instalan dentro de las luminarias para aumentar su eficiencia lumínica. Su forma geométrica redobla la luz a los lugares donde se necesita; no hay disminución en la calidad de la iluminación.

Características

• Reducen a la mitad el número de tubos y balastos en cada luminaria, ahorrando el 50% de electricidad.
• Entregan más luz usando menos electricidad.
• Al generar 50% menos calor, las lámparas modificadas disminuyen la demanda de aire acondicionado.
• Los balastos y los tubos trabajan a menor temperatura, lo que aumenta su vida útil y su eficiencia.
• Con 50% menos de tubos y balastos, los costos de mantenimiento y reposición se reducen a la mitad, permitiendo menos horas del personal de mantenimiento dedicadas a reemplazar tubos.

Control De Iluminación

Además de aprovechar al máximo hasta el último vatio consumo por una lámpara y de consumir niveles mínimos de energía, ¿qué más se puede hacer para ahorrar electricidad? La respuesta se encuentra prácticamente en la punta de las manos: Apagar las luces. A pesar de todos los medios y dispositivos creados para ahorrar energía, apagar las luces sigue siendo la manera más efectiva de disminuir el consumo de capital y energía. Sin embargo, hacerlo implica la participación del ser humano y lamentablemente no siempre se puede confiar en él. Para esto se han creado dispositivos de control de iluminación. Los controles de iluminación están constituidos por sistemas que incluyen contadores de tiempo o sensores en los interruptores y reductores de lámparas, de manera que no sea necesaria la participación del hombre para encenderlas y apagarlas. Estos sistemas pueden ser utilizados individualmente o en conjunto. Por ejemplo, en una oficina con gran incidencia de luz natural y transito de personas es posible instalar sensores de iluminación para que las luces se apaguen si la luz natural supera los niveles mínimos de iluminación establecidos.

Así mismo, en una habitación se puede conectar un sistema con sensores para que las luces se enciendan o apaguen frente a la presencia o ausencia de personas. Por último, es posible incluir contadores de tiempo para que las luces se apaguen en una hora determinada del día.

Sensores de ocupación

Los sensores de ocupación son dispositivos de control que se encargan de encender / apagar automáticamente las cargas eléctricas en áreas de trabajo, en función de la presencia humana. Cuando exista ocupación las luces serán encendidas, de lo contrario se apagarán. Existen varios tipos: Sensores infrarrojos (PIR): Detectan ocupación, al sensar cambios en el patrón de energía infrarroja, es decir al percibir la diferencia entre el calor emitido por el cuerpo humano y el calor existente en el espacio controlado. Sensores ultrasónicos: Son sensores volumétricos de movimiento, los cuales detectan ocupación utilizando el principio de Doppler. Los sensores emiten ondas sonoras a alta frecuencia (fuera de rango auditivo del oído humano) y miden el tiempo que transcurre hasta que retorna nuevamente al sensor. La presencia humana en el espacio controlado, traerá como consecuencia que estas ondas retornen a mayor o menor frecuencia, lo que comúnmente se denomina cambio Doppler, y en esta forma es detectada la ocupación. Sensores de tecnología dual: Estos sensores combinan ambos métodos de detección: por calor (PIR) y ultrasónico, obteniendo como resultado un sensor con mayor sensibilidad y radio de cobertura.

Los sensores de ocupación permiten reducir el tiempo de funcionamiento de las lámparas fluorescentes; con estos sensores se puede reducir el tiempo de operación de las lámparas a un máximo de 8 horas diarias y 20 días del mes.

Aspectos Básicos De Un Programa De Ahorro De Energía

Un programa de ahorro se presenta como los pasos sistemáticos para la obtención de resultados, así como estrategias que deben seguirse y acciones principales que deben ejecutarse a fin de lograr o rebasar los objetivos establecidos; en este sentido se presenta a través de la conservación y administración de la energía, que es el uso racional y efectivo de la misma para maximizar beneficios (minimizar costos) y destacar las situaciones competitivas. De hecho cualquier actividad que conlleve al uso racional y juicioso de la energía, nivelación de demanda para minimizar las facturas de electricidad se consideran administración de energía.

El objetivo principal de la administración de la energía es el mejoramiento continuo del beneficio y la intensificación de la posición competitiva, pero junto con esta meta se tienen algunos objetivos subsidiarios:

• Conservación de la energía
• Excelentes comunicaciones en asuntos de energía.
• Supervisión eficaz de la energía.
• Mantenimiento de los recursos.
• Incorporación de nuevos equipos y servicios durante las restricciones total o parcial del servicio eléctrico.

Cumpliendo con estos objetivos a cabalidad se pueden obtener resultados considerables, tal como lo muestra la siguiente tabla.

Tabla N° 7. Resultados de un programa de administración de energía

Es vital que la administración esté consagrada al concepto de administración de energía, y lo más importante es que ello debe ponerse de manifiesto. En estos actos la administración puede mostrar por qué es necesario el programa, qué resultados se esperan y lo que ellos significan para el personal empleado. Finalmente para que un programa tenga éxito es necesario que el personal se interese en participar. El personal conoce mejor que nadie su trabajo y con frecuencia puede contribuir con ideas que signifiquen ahorros sustanciales. En la tabla siguiente se muestran algunos motivos para considerar la administración de energía.

Tabla N° 8. Motivos para fomentar la administración de energía

4. Marco Metodológico

Tipo De Investigación

De acuerdo al problema planteado referido a un programa de ahorro de energía por iluminación, se incorporó el tipo de investigación denominado Proyecto Factible. El mismo consiste, en una proposición sustentada en un modelo operativo factible, orientada a resolver un problema planteado o a satisfacer necesidades en una Institución o campo de interés nacional. Esta modalidad se presenta por la necesidad de incorporar una solución al problema del alto consumo de electricidad de la institución, y así garantizar que la misma ofrezca un servicio óptimo con una minimización de costos. Dicha minimización incluye estrategias oportunas, eficientes y eficaces para asegurar la continuidad del servicio eléctrico de una manera satisfactoria y beneficiosa.

Diseño De La Investigación

El diseño de la investigación se define, como el plan global de investigación que integra de un modo coherente y adecuadamente correctas técnicas de recogida de datos a utilizar, análisis previsto y objetivos, el diseño de una investigación intenta dar de una manera clara y no ambigua respuestas a las preguntas planteada en la misma. Tomándose en cuenta los objetivos propuestos para este proyecto se consideró una investigación de campo, ya que permite no sólo observar, sino recolectar los datos directamente de la realidad objeto de estudio.

De tal manera se puede establecer que el diseño de un programa de ahorro de energía en los sistemas de iluminación se adecua a los propósitos de una investigación de campo no experimental.

Población O Universo De Estudio

La población comprende el sistema de iluminación compuesto por todas aquellas luminarias que están instaladas en el Tecnológico de Monterrey. Universo se define como el conjunto de unidades físicas (personas u objetos) a las cuales se les mide una o más características. En las instituciones educativas existen una gran variedad de luminarias, en donde se pueden observar luminarias del tipo 4*40 W, 2*40W, 1*32, 1*22 y de luz mixta, las cuales son todas consideradas partes de la población en estudio, que representa la cantidad de 164 luminarias.

Instrumentos Y Técnicas De La Recolección De La Información

Para el diseño de un programa de ahorro de energía eléctrica por iluminación en las instalaciones de un instituto educativo, enmarcado dentro de la modalidad de los llamados Proyectos Factible, y considerando los objetivos propuestos para tal fin, se usaron una serie de instrumentos y técnicas de recolección de la información, orientada hacia el alcance de los mismos. Para tal efecto se consideró en tres partes fundamentales.

La primera parte está referida a la delimitación de los aspectos teóricos de la investigación, donde se incluyen la formulación y delimitación de la investigación, definición de los objetivos propuestos, elaboración del marco teórico, entre otros. Esta parte está basada en la revisión bibliográfica de libros, revistas, folletos, informes, tesis, periódicos, entre otros, que permitieron darle mayor definición al trabajo, y donde se usaron técnicas documentales como: la observación documental, presentación resumida, resumen analítico y análisis crítico, de igual forma se utilizaron técnicas como el subrayado, fichaje, bibliografía, de citas y notas de referencia bibliográfica y de ampliación de textos, construcción y presentación de índices, presentación de cuadros, gráficos e ilustraciones.

La segunda parte está referida a la revisión completa y detallada de todas las instalaciones eléctricas de iluminación de la institución, a través de la técnica de observación directa, para así tener una idea de la situación presentada. Usando el instrumento de la lista de cotejo. Se realizaron mediciones en diferentes puntos estratégicos para verificar los parámetros voltaje, corriente y así obtener el consumo de energía por iluminación que presenta la institución, usando instrumentos como Voltímetros, Amperímetros, Vatímetros, etc. Se recopiló información técnica de los diferentes equipos de iluminación, tubos fluorescentes, balastos electrónicos, suministrado por empresas como Phillips, Westinghouse, General Electric, etc.

Y por última etapa, basándose en el consumo por luminarias se hizo una propuesta para la sustitución de equipos y así poder establecer las posibles mejoras, finalizando con la presentación de presente proyecto.

5. Marco diagnóstico del sistema eléctrico

Sistema Eléctrico Actual

El Tecnológico de Monterrey campus Cuernavaca fue creado el El 11 de agosto de 1980, ofreciendo las carreras de Licenciado en Creación y Desarrollo de Empresas, Licenciado en Contaduría Pública y Finanzas, Licenciado en Periodismo y Medios de Información, Licenciado en Ciencia Política, Licenciado en Relaciones Internacionales, Ingeniero en Biotecnología, Ingeniero Civil, Ingeniero Físico Industrial, Ingeniero Mecánico Administrador, Ingeniero Mecánico Electricista, Ingeniero Químico Administrador, Ingeniero Químico y de Sistemas, Ingeniero en Tecnologías de Información y Comunicaciones, Licenciado en Administración de Tecnologías de Información, Licenciado en Economía, Licenciado en Agronegocios Internacionales, Ingeniero en Indistrias Alimentarias, Ingeniero en Tecnologías Computacionales, Ingeniero en Tecnologías Electrónicas, Ingeniero Industrial y de Sistemas, Ingeniero en Mecatrónica, Licenciado en Ciencias de la Comunicación, Licenciado en Animación y Arte Digital, Licenciado en Administración de Empresas, Licenciado en Administración Financiera, Licenciado en Mercadotecnia y Licenciado en Negocios Internacionales.

Instituto ubicado en Paseo de la Reforma 182-A Col. Lomas de Cuernavaca Temixco Morelos.

Tiene como objetivo principal, la formación, capacitación y desarrollo del recurso humano. Es una institución Particular de educación superior. Los egresados deben poseer habilidades, destrezas y hábitos de aprendizajes que le permitan ir acorde con el avance tecnológico que permanentemente se genere. El ritmo cambiante de la sociedad actual, demanda que los programas universitarios se adapten, sin demora, a las necesidades de la misma a través de un mejoramiento continuo de la calidad de la educación apoyadas por las actividades de investigación, extensión y producción.

Para ir al mismo ritmo de la sociedad cambiante el instituto debe tener una estructura de planta física que esté acorde a las necesidades exigidas. Dicha institución cuenta con una serie de instalaciones como: oficinas, aulas, talleres, laboratorios, biblioteca, entre otros, que requieren las conexiones eléctricas comúnmente utilizadas, tales como: circuitos de alumbrados, tomacorrientes, individuales, varios, etc. Estas conexiones eléctricas son posibles, ya que el sistema eléctrico de alimentación se compone por tres líneas de Arvidal 1/0 AWG (Aéreo), entrando por la parte posterior y alimentando el banco de transformadores de 37,5 KVA monofásico, con relación de transformación de 13.800 Voltios (AT) y 208-120 Voltios (BT) en conexión Delta-Estrella. En baja tensión los cuatros conductores son de 350 MCM THW, los cuales alimentan el sistema de barras con protecciones de 200 Amperios, cuya distancia entre el banco y el panel de distribución es de aproximadamente 35 mts. La potencia nominal total del banco de transformadores es de 112,5 KVA.

Para el recorrido del cableado se ubican dos tanquillas, en la primera se encuentran los empalmes de conexión hacia el galpón y el sistema hidroneumático. Las líneas que abastecen el tablero del sistema hidroneumático son a través de tres conductores No. 6 TW y un conductor para el neutro No. 8 TW. En la segunda tanquilla se encuentran los empalmes de conexiones que alimentan la parte externa de la institución. El sistema de barras del panel de distribución suministra energía eléctrica a varios sub-tableros que abastecen la parte interna y biblioteca del instituto. Las líneas que entran al tablero que surte de corriente a la Biblioteca son a través de conductores No. 4 AWG THW y está compuesto por 12 circuitos.

Equipos Instalados En La Institución

Las instalaciones de planta física con que cuenta la institución están descritas de la siguiente manera:

• Aulas de Clases.

Laboratorios:   • Ciencias (Prepa Tec)

  • Control

  • Cómputo

  • Electrónico

  • Electrónico de redes

• Física

  • Humanoides

  • Idiomas

  • Radio y televisión

  • Redes industriales

  • Sistemas integrados de manufactura

  • Sistemas inteligentes

Instalaciones Deportivas

  • Gimnasio

  • Básquetbol

• Voleibol

  • Squash

• Fútbol rápido

  • Fútbol soccer

 • Tenis

  • Mesas de ping-pong

Instalaciones Artísticas y Culturales

 • Salones de uso múltiple

• Salón de música

• Salón de danza

• Foro DAE (Dirección de Asuntos Estudiantiles)

Cafeterías:   • Cafetería Principal

  • Café Tec

• sala de liderazgo estudiantil

• Auditorio

• Biblioteca,

• Librería,

• centro de cómputo,

• centro de copias

Dentro de estas instalaciones existe una cantidad de equipos eléctricos que sirven para facilitar las labores que se realizan a diario y además representan un consumo de energía eléctrica. Este diagnóstico trata de mostrar aquellos equipos que ocasionan pérdida de energía sin uso. Para ello se debe tener un estimado de cuales equipos existen, la cantidad y su funcionamiento. En la tabla N° 9 se muestra la cantidad aproximada de equipos y elementos eléctricos que hay en la institución, clasificados por áreas: Salones, Oficinas, Áreas Exteriores y Talleres.

Tabla N° 9. Inventarios de equipos

En el gráfico N° 4 se muestra de una manera más ilustrativa la cantidad de equipos que hay en la institución, destacándose los tomacorrientes con la mayor cantidad.

Demanda Eléctrica De Equipos

La demanda de energía eléctrica permite obtener, a través de un estudio de carga, la cantidad de energía que requieren los equipos instalados en los diferentes circuitos eléctricos de la institución. Estos circuitos y su respectiva demanda se presentan a continuación:

Circuitos de tomacorriente de uso general (CTUG)

Está representado por todos los tomacorrientes que existen en la institución. Y son los siguientes:

• Aulas y Pasillos

61 TC; equivalente a 6 circuitos de 15 A cada uno.

Potencia de los CTUG1: 6*1.800 W = 10.800 W.

• Otras áreas

137 TC; equivalente a 14 circuitos de 15 A cada uno

Potencia de los CTUG2: 14*1.800 W = 25.200 W.

Estos circuitos representan una potencia total: 36.000 W

Circuitos de Alumbrado

Representado por toda la iluminación que hay en la institución. Y se desglosa de la siguiente forma:

• Alumbrado (120 V): 11.904 W
• Alumbrado (208V): 6.000 W

Representan una potencia total de: 17.904 W

Circuitos individuales

Son todos aquellos circuitos que tiene una conexión directa a los tableros de distribución. Estos son:

A/A De Ventana (208 V):

• 8 de 18.000 Btu: 8*2.100 W = 16.800 W
• 1 de 21.000 Btu: 1*2.800 W = 2.800 W
• 1 de 24.000 Btu: 1*3.100 W = 3.100 W
• 4 de 27.000 Btu: 4*3.600 W = 14.400 W

Para un total de: 37.100 W

A/A Central (Biblioteca):

• Uno de 5.811 W
• Uno de 5.133 W
• Uno de 3.423 W

Representan una potencia total de: 14.367 W

Sistema Hidroneumático:

• Bomba de 2 HP: 1.492 W

Para una potencia de: 1.492 W.

En la tabla N° 10 se muestran los resultados obtenidos cuando se aplican los diferentes factores de demanda, tal como lo establece el Código Eléctrico Nacional (CEN).

Tabla N° 10. Estudio de carga del Tecnológico de Monterrey

2. Aplicando factores de demanda según tabla 220-11 del CEN.

Aplicando la Ecuación 2.1 se obtiene el valor de la corriente que circula por los conductores activos, según la potencia que se ha obtenido con el estudio de carga. Este valor corresponde a:

Gráfico N° 5. Demanda de equipos

Los resultados anteriores indican que la demanda de energía que utiliza el instituto es del orden de los 80 KVA con una corriente de 221 Amperios, lo que indica una potencia disponible de aproximadamente 32,5 KVA que representa el 29 % de reserva. Tal como lo muestra el gráfico N° 5, donde se puede ver claramente que los tomacorrientes y los aires acondicionados son los que tienen mayor demanda.

Consumo Y Utilización De Equipos En La Institución

En las consideraciones eléctricas básicas del marco teórico, se indicó que la demanda es la carga conectada en las terminales receptoras de un equipo, mientras que el consumo es el producto directo de la energía utilizada, es decir se trata de buscar una relación del consumo que presentan los equipos antes mencionados, ya que los mismos tienen un funcionamiento totalmente diferente. Para esto se analizaron todos y cada uno de los equipos instalados.

Tomacorrientes

Gráfico N° 6. Utilización de los TCUG

Estos elementos no son considerados equipos eléctricos, ya que ellos solo permiten la interconexión con otros, tales como cafeteras, computadoras, fotocopiadoras, etc. y que presentan un consumo moderados por contarse con unos pocos en la institución. En el gráfico N° 6 se muestra que de un total de 188 tomacorrientes, en uso se encuentran unos 28, mientras que 134 no tienen uso específico y aproximadamente 26 están dañados.

Según el CEN, recomienda que cada salida de tomacorriente, para los efectos de diseño se le asigne una carga conectada de 180 W o sea 120 V a 1,5 Amperios. Esto quiere decir que para 28 tomacorrientes en uso se tiene una potencia de 5.040 W y el consumo, considerando un tiempo de utilización de aproximadamente 8 horas diarias o 160 horas mensuales por estar en la parte administrativa, sería de casi 806,4 KWH mensuales.

VentiladoresEstos equipos se encuentran en su gran mayoría en los salones de clases. El tiempo de utilización de estos equipos es muy desproporcionado, ya que no existe ningún control para el encendido y apagado de los mismos, logrando un incremento en el consumo de electricidad. Los ventiladores tienen una potencia aproximada de 150 W y se considera un tiempo de utilización de 24 horas diarias o 720 horas al mes, lo que representa un consumo de 3.672 KWH mensuales.

Aires acondicionados

Estos se encuentran en las oficinas del personal administrativo y tienen una potencia de 37.100 W para un tiempo de utilización de 8 horas diarias, 160 horas al mes, lo que representa un consumo de 5.936 KWH al mes. Igualmente los de la biblioteca tienen una potencia de 14.367 W y trabajan el mismo período, para un consumo de 2.298,72 KWH mensuales. Esto representa un total de 8.234,72 KWH mensuales.

Luminarias Las luminarias son unidades completas de iluminación que están formadas por una lámpara o por lámparas con accesorios diseñados para distribuir la luz, ubicar y proteger las lámparas, y conectar las mismas a la fuente de alimentación. Las que existen en la institución son de 4 tubos fluorescentes con 2 balastos electromagnéticos, de 2 tubos con 1 balasto, así como también de 1 tubo circular con 1 balasto y luz mixta. En vista que en la institución existen actividades administrativas y de docencia y ambas presentan tiempo de funcionamiento totalmente diferente, se consideró, para efecto de los cálculos, 24 horas diarias por 30 días, para las luminarias ubicadas en salones y área exterior y 12 horas diarias por 20 días, para las de la parte administrativa. En las tablas siguientes se muestran, el consumo con todas las luminarias.

Tabla N° 11. Consumo por luminaria para todas las áreas.

Considerando todas las luminarias de las instalaciones administrativas, oficinas, salones y áreas exteriores se presenta el consumo de las mismas.

Tabla N° 12. Consumo por iluminación de las oficinas administrativa.

Tabla N° 13. Consumo por iluminación de salones.