Partes: 1, 2, 3, 4

Tabla N° 14. Consumo por iluminación de las áreas exteriores.

Exteriores	Luminarias		Consumo Mensual (KWH)
	2 tubos	Circular	4 tubos	2 tubos
Baño de Caballeros		3		64,8
Baño de Damas		3		64,8
Cafetín		12		259,2
Caseta de Vigilancia		6		129,6
Club Deportivo		1		21,6
Deposito Manten.		1		21,6
Duchas Damas		3		64,8
Pasillos Baño de Cab.		2		43,2
Pasillos Generales	26		1.797,12
Sub.-Total	18	31	1.797,12	669,6
Total	49 Lámparas		2.466,72

El consumo total aproximado, por concepto de iluminación, corresponde a 10.899,36 KWH al mes.

Otra de la problemática que se presenta en la institución y que ocasiona gasto de energía eléctrica, corresponde al desbalance de los circuitos de distribución, que originan una corriente por el conductor neutro, trayendo como consecuencia pérdida de energía. Tomando en cuenta estos e identificadas las líneas que suministran energía al sistema de barra, se empezó a realizar las medidas necesarias para comprobar las corrientes por los circuitos principales que tiene la institución actualmente, para luego verificar si el sistema eléctrico es el apropiado y pueda soportar la demanda de energía existente. Estas medidas se tomaron en los tableros de distribución de la institución en fechas y horas diferentes, para comprobar que los resultados sean los más exactos posibles, en tal sentido la tabla N° 15 muestra estos resultados.

Tabla N° 15. Mediciones de corriente

Fases del	Corrientes en Amperios, según fecha y hora indicada
Tablero	25/07/01 – 10:30 AM	25/07/01 – 5:00 PM	03/04/02 – 4:30 PM
F1	176	188	200
F2	132	137	210
F3	185	200	220
N	50	53	56

Esta tabla indican que los circuitos de alimentación principales tienen una corriente promedio de 183 Amperios, para un voltaje de 208 V trifásico, y una corriente del neutro de 53 Amperios, que representa unas pérdidas de 2.902,3 KWH al mes, que comparándola con otros de mayor impacto, quizá no representa nada, pero en un constante aumento de tarifas es algo significativo.

Gráfico N° 7. Consumo de todos los equipos

En el gráfico N° 7 se muestra un resumen del consumo de todos los equipos, donde se observa claramente que el hecho de que un equipo demande más energía no significa que consuma más, porque está de por medio el tiempo de utilización de estos. Cabe destacar que la iluminación y los aires son los que tienen mayor consumo, pero los aires trabajan en horarios que son productivos para la institución y es muy difícil controlar este consumo, mientras que las luminarias en áreas administrativas tienen sólo 8 horas diarias de uso productivo y el resto del tiempo se encuentran encendidas malgastando una gran cantidad de electricidad, así como los salones que tienen un uso productivo desde las 7:15 A.M hasta las 12:30 P.M y desde las 2:30 P.M hasta las 9:45 P.M, lo que representa casi 15 horas diarias, pero en realidad permanecen encendidas más de esas horas.

6. Marco propuesta para el ahorro de energía eléctrica

Programa De Ahorro Eléctrico En El Tecnológico de Monterrey

Tal como se demostró en el diagnóstico, el consumo de energía eléctrica por iluminación, representa aproximadamente el 40 % del consumo total, es por eso que el programa de ahorro es este instituto está fomentado por los siguientes aspectos:

• Uso de luminarias más eficientes.
• Apagado automático de las luminarias.
• Mantenimiento de las luminarias.
• Sistema de iluminación eficiente.
• Consideraciones generales.

Uso De Luminarias Más Eficientes
Se trata de estimar el consumo eléctrico que presentaría la institución considerando la sustitución de todas las luminarias convencionales por las de mayor rendimiento descritas anteriormente. Como se dijo antes un tubo fluorescente, TL-80, consume 32 W que es ideal para su uso en sustitución de tubos existentes en luminarias convencionales de 2´*2´ y 2´*4´ respectivamente. Y este debe estar combinado al balasto electrónico que solo consume 2 W, con los mismos niveles de iluminación.

La sustitución de nuevas luminarias traería un ahorro por luminarias de aproximadamente un 30 %, ya que las de 4 Tubos de 32 W y 2 Balastos demandarían 132 W en lugar de 192 W. Las de 2 Tubos y 1 Balasto consumirían 66 W contra 96 W. En vista de que estas luminarias se colocarían en las mismas instalaciones, los tiempos de funcionamiento de las mismas se mantienen igual a los anteriores. Las tablas siguientes muestran tales demandas y ahorros.

Tabla N° 16. Consumo con nuevas luminarias.

Luminarias	Potencia (W)	Ahorro (W)	Consumo Mensual para Salones y Área Exterior (KWH)	Consumo Mensual para Oficinas Administrativas (KWH)
4*32 W	132	60	95,04	31,68
2*32 W	66	30	47,52	15,84
1*32 W	34	14	24,48	8,16
1*22 W	24	30	17,28	--

Considerando todas las luminarias de las instalaciones administrativas se presenta el consumo de las mismas.

Tabla N° 17. Consumo con nuevas luminarias en las oficinas administrativas.

Oficinas	Luminarias		Consumo Mensual (KWH)
	4 tubos	2 tubos	4 tubos	2 tubos
Administración		2		31,68
Autogestión y CE		2		31,68
Biblioteca	7	2	332,64	31,68
DACE		9		142,56
Departamento Académico		3		47,52
Dirección	2	2	95,04	31,68
Laboratorio de Física		4		63,36
Laboratorio de Computación		2		31,68
Oficina de Personal Obrero		3		47,52
Cubículos Profesores		13		205,92
Primeros Auxilios y Pasantía		2		31,68
Sala de Profesores		4		63,36
Tecnología Administrativa		2		31,68
Tecnología Eléctrica		2		31,68
Sub.-Total	9	52	427,68	823,68
Total	61 Lámparas		1.251,36

De igual manera se presenta el consumo de iluminación para los salones y áreas exteriores.

Tabla N° 18. Consumo con nuevas luminarias en salones.

Salones	Luminarias		Consumo Mensual (KWH)
	4 tubos	2 tubos	4 tubos	2 tubos
1	2		190,08
2	2		190,08
3	2		190,08
4	2		190,08
5	2		190,08
6	2		190,08
7	2		190,08
8	2		190,08
9	2		190,08
10	2		190,08
11	2		190,08
12	2		190,08
13	2		190,08
14	2		190,08
15	2		190,08
16	2		190,08
17	2		190,08
18	2		190,08
19		2		95,04
20		2		95,04
21		6		285,12
19		2		95,04
20		2		95,04
21		6		285,12
22		2		95,04
23		2		95,04
24		6		285,12
25		2		95,04
26		2		95,04
27		6		285,12
28		2		95,04
29		2		95,04
30		6		285,12
Sub.-Total	32	50	3421,44	2376
Total	82 Lámparas		5797,44

Tabla N° 19. Consumo con nuevas luminarias en las áreas exteriores.

Exteriores	Luminarias		Consumo Mensual (KWH)
	2 tubos	Circular	4 tubos	2 tubos
Baño de Caballeros		3		51,84
Baño de Damas		3		51,84
Cafetín		12		207,36
Caseta de Vigilancia		6		103,68
Club Deportivo		1		17,28
Deposito Manten.		1		17,28
Duchas Damas		3		51,84
Pasillos Baño de Cab.		2		34,56
Pasillos Generales	26		1.235,52
Sub.-Total	18	31	1.235,52	535,68
Total	49 Lámparas		1.771,20

En conclusión la misma cantidad de nuevas luminarias resultarían a la institución un consumo eléctrico de 8.820 KWH mensuales. Tal como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla N° 20. Resumen del consumo con luminarias.

Luminarias	Consumo Mensual (KWH)	Ahorro Mensual (KWH)
Convencionales	12719,52
Nuevas Luminarias	8.820	3899,52

Apagado Automático De Las Luminarias

Para el caso del Tecnológico de Monterrey donde existen en mayoría instalaciones administrativas, el hecho de colocar sensores de ocupación traería como consecuencia un considerable ahorro. Además se tienen estimados que los sensores de ocupación permiten un ahorro promedio de casi un 50 %, en tal sentido los tiempos de funcionamiento de las luminarias de la institución se reduce a 12 horas diarias para los salones y áreas exteriores, mientras que para la parte administrativa sería de 6 horas diarias. Tal como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla N° 21. Consumo con nuevas luminaria y sensores de ocupación.

Áreas	Lámparas	Consumo Mensual con Nuevas Luminarias (KWH)	Consumo Mensual Agregando Sensores de Ocupación (KWH)
Oficinas Administrativas	61	1.251,36	625,68
Salones	82	5797,44	1943,28

Finalmente el ahorro de energía utilizando nuevas luminarias y sensores de ocupación se indica en la tabla siguiente.

Tabla N° 22. Resumen del consumo por luminarias.

Luminarias	Consumo Mensual (KWH)	Ahorro Mensual (KWH)
Convencionales	12.719,52	--
Nuevas Luminarias	8.820	3899,52
Sensores de Ocupación	2.568,96	5.035,68
Sensores de Ocupación y Nuevas Luminarias	11388,96	8935,20

 

El gráfico N° 8 se observa la diferencia de consumo entre todos los análisis realizados, demostrándose que con el sólo hecho de realizar el cambio de luminarias se obtiene ahorros considerables.

Gráfico N° 9. Porcentajes de luminarias.

Como se observa en el gráfico anterior el ahorro de energía con nuevas luminarias sería de 30,2 %, si se coloca sensores de ocupación solamente se tienen ahorro de casi el 50,0 % y por último considerando ambas alternativas, colocar sensores de ocupación y nuevas luminarias se tendrían ahorro por el orden de los 76,6 %. Esto demuestra que es conveniente realizar, en forma urgente, cambios de luminarias y agregar sensores de ocupación porque ello permite un ahorro de energía eléctrica superior al 50 %, lo que amortizaría muy rápidamente la inversión necesaria para la ejecución de esa modificación.

Mantenimiento De Las Luminarias
En los comienzos de su etapa de diseño, el equipo de iluminación debe seleccionarse de modo que sea fácil su conservación: para cambiar lámparas, para limpiar en forma periódica los componentes reflectores y transmisores de luz y para alcanzar balastos y otros equipos auxiliares con facilidad. También es importante montar luminarias de modo que el personal de mantenimiento pueda tener acceso para sus trabajos o contar con medios para bajar el equipo a niveles más convenientes. La continua eficiencia del sistema de iluminación depende del buen mantenimiento; en instalaciones existentes las reevaluaciones sistemáticas pueden poner al descubierto procedimientos que reducen el consumo de energía para iluminación. El programa para el mantenimiento de luminarias está fomentado de la siguiente manera:
1-. Cambios de lámparas en grupos, al 70 u 80 % de su vida promedio esperada.
2-. Limpieza programada de luminarias, que ayuda a la institución a recibir la luz por la que paga.

Sistema De Iluminación Eficiente
Otro de los aspectos del programa que se debe tomar en cuenta para lograr ahorrar energía son las características de un alumbrado eficiente, basado en diseño arquitectónico eficiente, diseño bajo normas, uso apropiado de lámparas, balastos adecuados y separación de circuitos.

Diseño arquitectónico eficiente
Para disminuir el consumo eléctrico durante el día, es fundamental el aprovechamiento de la luz solar a través de tragaluces, domos y ventanas. La mayoría de las aulas están diseñadas para el aprovechamiento de la luz solar, pero de igual forma se tienen las luminarias encendidas, debido a la falta de concientización.

Diseño bajo normas
Existen normas en el ámbito nacional e internacional en iluminación para todas las áreas posibles. El diseño apegado a las normas permite el aprovechamiento óptimo de los recursos.

Uso apropiado de lámparas
Las lámparas más ineficientes desde el punto de vista de conversión de energía eléctrica a energía luminosa, son las llamadas incandescentes o focos, seguidas por las fluorescentes del tipo Slim-line de 39 y de 75 Watts de dos pines del tipo luz de día. Por ello, el uso de estas últimas está prohibido en la Unión Americana. Además, es muy común encontrar lámparas incandescentes del tipo de halógenos, cuyo uso es de alumbrado de realce, empleadas como alumbrado general. Por otro lado, las lámparas más eficientes son las de vapor de sodio en sus diferentes versiones, con la desventaja de que proporcionan luz de un solo tono, por lo que su uso se ve limitado a iluminación general o de vigilancia.

Balastos adecuados
Para el alumbrado fluorescente existen en el mercado balastos de todas calidades, siendo muchas de ellas altamente ineficientes, fácilmente detectable por el gran calor que producen al operar. Además, es frecuente que operen a un bajo factor de potencia, lo cual repercute en una penalización por parte de la compañía suministradora de electricidad o, en la compra de capacitores para corregir el fenómeno.

Separación de circuitos
Las áreas a iluminar deben estar delimitadas tanto en espacio como en tiempo de uso, y es por ello que debe existir algún medio de desconexión para cada grupo de luminarias que tienen un uso especifico.

Consideraciones Generales
Los programas de administración de energía con frecuencia prosiguen o se derrumban en a fase de diseño, antes de que sean implementados. Para el éxito parecen ser necesarios varios elementos, tales como: la creatividad, el progreso y la buena dirección que son vitales para el éxito de estos programas. El buen uso de la energía efectuada por una buena supervisión y procedimientos de control eficaces son de igual forma importantes, es por eso que cada área debe tener su flujo de energía medido y supervisado. Es decir, que de una manera general se presenta un enfoque diferente hacia el ahorro de energía eléctrica, que está dado por:
1-. Una auditoria de energía eléctrica en todas las instalaciones.
2-. Una lista de control para la administración de la energía eléctrica.
3-. Las diferentes medidas para el ahorro.

Auditoría de energía
La expresión "auditoría de energía" puede significar diferentes cosas para distintas personas. De hecho, en publicaciones pueden encontrarse significados completamente diferentes que dependen del autor y de la situación. Sin embargo, básicamente una auditoría de energía tiene por objetivo contestar una, dos o tres de las siguientes preguntas:
1-. ¿Qué cantidad de energía se está consumiendo y cuál es el costo?
2-. ¿Dónde se consume la energía?
3-. ¿Qué cambios pueden realizarse para mejorar las operaciones?

Energía que se está consumiendo
Esta pregunta puede contestarse fácilmente mediante lo que se llama con frecuencia una auditoría global. Este análisis es una intervención sencilla, diseñada para enterar a una empresa u organismo acerca de la cantidad de energía que se está consumiendo y de cual es su costo. Mientras se realiza esto, la auditoría puede hacer ver la eficiencia con que la energía se está utilizando y puede realizarse con la ayuda del siguiente formato.

Tabla N° 23. Formato para la auditoría global de energía eléctrica

AUDITORÍA GLOBAL DE ENERGÍA
Fecha de la auditoría: Fecha de la última auditoría: Año:
Meses	Instalación	KWH	KWH Reales	Demanda Facturada	Costo Total (Bs.)	Total por mes (Bs.)	Comentarios
Enero
Feb.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Sept.
Octub.
Nov.
Dic.
	Total

Dónde se está consumiendo la energía

Esta puede contestarse mejor mediante un estudio de ingeniería extenso que implique ecuaciones de balance de energía o grupos de grandes mediciones.

Qué cambios pueden realizarse

La auditoría es el primer paso real hacia el ahorro de lo gastado en energía, además es una intervención examinadora (en uno o varios recorridos) de las instalaciones con listas de control, una mente despierta y la delineación de algunas ideas de administración de energía. En tal sentido el control permite identificar cuales son las mejoras posibles.

Control de la administración de la energía

La mayor parte de las instalaciones en uso actualmente fueron diseñadas cuando la energía no era costosa y la comodidad era lo principal. En consecuencia se diseñaron con gran consideración a la flexibilidad y con provisiones máximas en los sistemas. Esto significa que esta disponible una gran cantidad de control, y que los sistemas de consumo de energía carentes de una cuidadosa monitorización tenderán hacia el sobre consumo de energía. Por consiguiente se dispone de muchos cambios en operaciones y mantenimiento que prácticamente no cuesta nada implementar, pero que ahorran energía en forma considerable. Estos cambios están enfocados principalmente hacia la parte de iluminación, siendo esta la parte fuerte del proyecto. Los cambios son:
1-. Eliminar las lámparas innecesarias y reemplazar los equipos actuales con unidades de eficiencia más alta.

2-. Usar lámparas fluorescentes del tipo de conservación de energía. Estas ahorran aproximadamente el 15 % de la energía para la misma iluminación.

3-. Eliminar lámparas o luminarias. Si sólo se elimina lámparas, desconectar los balastos, puesto que este accesorio causa el 10 al 30 % del consumo de potencia de la lámpara.

4-. Controlar el alumbrado exterior. Si se utiliza una célula fotoeléctrica para encender las lámparas y un temporizador para apagarlas se puede ahorrar hasta una tercera parte del consumo actual.

5-. Apagar las luces en instalaciones o recintos no utilizados. Uso de sensores de ocupación como interruptores.

6-. Reducir el alumbrado de áreas en todas las zonas de iluminación intensas y utilizar el alumbrado local.

Medidas para el ahorro de energía

Los ahorros realmente grandes en administración de energía por lo general requieren gastos de capital y diseño de ingeniería. En consecuencia es mejor afinar y depurar el sistema antes de intentar el aprovechamiento de estas oportunidades. Estas medidas son:
1-. Eliminar las lámparas innecesarias, cuidando que las que queden proporcionen aún los niveles de iluminación requeridos. Cuando se retiran algunas lámparas de una luminaria fluorescente, todas las lámparas controladas por un balasto dado se deben desmontar para evitar la falla del balasto o reducir la vida de la lámpara que no se retiraba. Excepto los portalámparas de interrupción de circuito, considerar también la desconexión de balastos que de otra manera continuarían consumiendo energía.
2-. Considerar el reemplazo de las lámparas actuales con otras de menor potencia (W), que proporcionen la misma cantidad de iluminación o (si es aceptable en la iluminación local implicada) un nivel más bajo de iluminación.
3-. Sustituir todo el alumbrado incandescente en zonas de estacionamiento por el de vapor de mercurio HID (descarga de alta intensidad) o por el de lámparas de sodio.
4-. Cuando los circuitos existentes hacen imposible utilizar menos del 25 % de la luz en un espacio grande dado, siempre que se necesita la luz, y cuando hay personas que trabajan durante períodos normales de no ocupación, considérese el desarrollo de un sistema de instalación de lámparas del tipo de escritorio, con el cual las personas que trabajan en dichas condiciones puedan hacerlo sin tener que recurrir a una gran hilera de luminarias.
5-. Cuando en una oficina se dispone de luz natural considérese el uso de interruptores de celdas fotoeléctricas para apagar las hileras de iluminadores en áreas en que la luz natural es suficiente para el trabajo.
6-. Trasladar escritorios y otras superficies de trabajos a una posición y orientación en que se utilicen con la mayor ventaja las luminarias instaladas (en vez de efectuar el traslado de las luminarias).

7. Conclusiones

• El consumo actual de energía eléctrica en las instalaciones del Tecnológico de Monterrey es adecuado a los equipos actualmente instalados. Sin embargo, estos equipos son de muy baja eficiencia, es decir, por su diseño intrínseco desperdician gran cantidad de energía, para cubrir los requerimientos de ergonomía y seguridad que deben tener toda instalación.
• Después de efectuar las diferentes medidas en los circuitos de distribución 208-120 V, de los tableros principales, se llegó a la conclusión, que el sistema de alimentación trifásico se encuentra totalmente desequilibrado, en donde se determinó la corriente por el conductor de neutro, correspondiente a 56 Amperios, encontrándose demasiado alta con relación a las de fases. Los niveles de tensión se encuentran dentro de los valores aceptados para operación normal de los equipos.
• La mayoría de los circuitos de toma corriente, de la parte administrativa, están compuestos por equipos electrónicos: computadoras personales, fotocopiadoras, impresoras, los cuales producen un consumo a la institución.
• Los equipos de moderna tecnología, descritos en el desarrollo de este trabajo, coinciden en aumentar la eficiencia y reducir el consumo de energía eléctrica.
• Se hicieron algunas mediciones en las instalaciones de la institución y mediante algunos estudios se concluyó que la mayor parte de la energía eléctrica que se está consumiendo corresponde a la parte del alumbrado.
• En las oficinas administrativas se encuentran instaladas luminarias del tipo fluorescentes que se encienden a través de balastos electromagnéticos. Estos balastos están compuestos de bobinas que inducen corrientes reactivas, permitiendo así que se incremente la circulación de señales armónicas, indeseables en los tableros de distribución.
• Se presenta la posibilidad de sustituir todas estas luminarias por unas de más eficiencia, que permitirá un ahorro considerable de energía, del orden del 30 %. Además las nuevas luminarias permiten un menor costo en mantenimiento, en comparación con las ya instaladas.
• Si se implanta el uso de sensores de ocupación se puede reducir aproximadamente el 50 % del consumo de electricidad lográndose un ahorro adicional en los costos de mantenimiento y en los requerimientos de aire acondicionado.
• Las luminarias como las lámparas requieren de una limpieza frecuente para mantenerlas en un nivel óptimo de iluminación. En la institución las lámparas no reciben mantenimiento por lo que su eficiencia se estima en un 70 %, sin tomar en cuenta la vejez de muchas de ellas que se traduce en poca luminosidad por energía consumida.
• En su mayor parte el alumbrado interior es logrado con el uso de ineficientes lámparas. Y el alumbrado exterior mediante lámparas de todo tipo, desde ineficientes como las incandescentes hasta las de vapor de sodio.
• Se encontraron niveles de iluminación muy bajo, zonas de trabajos fuera de la línea de luz, entre otras.
• En algunas áreas reconstruidas se observa una incongruencia de circuitos con las áreas a iluminar.

Recomendaciones

-. La concientización y racionalización en el uso de la energía eléctrica.
-. La reducción de las luminarias, sustituyendo 4 tubos de 40 W por 2 de 32 W, que permiten ahorrar un 30% de la energía para el mismo nivel de iluminación. De igual forma la sustitución de balastos electromagnéticos de 16 W por balastos electrónicos que consumen 1 a 2 W.
-. El uso de sensores que disponen de detector infrarrojo para captar el movimiento de calor. Si en un tiempo determinado el sensor no detecta calor de un cuerpo en movimiento, interpreta que en esa área no hay personas y automáticamente apaga las luces.
-. Instalar medidores de energía eléctrica en las instalaciones del instituto, para conocer la cantidad de KWH que se consumen y verificar la efectividad de las acciones tendientes a optimizar el consumo de energía eléctrica.
-. Efectuar trabajos de re-balanceo de cargas en los tableros de distribución de los edificios administrativos, para reducir las pérdidas producidas por sobre-corrientes en el neutro de los circuitos ramales. Adicionalmente, esto permitirá que los equipos eléctricos y electrónicos instalados tengan un óptimo funcionamiento.
-. Para una mayor optimización del consumo de energía eléctrica, se recomienda la colocación de reflectores especulares, ya que tienen un costo bastante razonable y permite redirigir los índices de iluminación al máximo.
-. Para las futuras compras de repuestos para iluminación se recomienda, especificar balastos electrónicos y tubos TL-80 de 32 W, lo cual permitiría ahorros en energía eléctrica a largo plazo.
-. Implementar una campaña de concientización para el uso racional de equipos eléctricos, tales como: cafeteras, computadoras, terminales, alumbrado de oficinas, etc.
-. El ahorro en electricidad por iluminación se logra a partir del reconocimiento del problema en el ámbito de las direcciones. Para ello, es indispensable crear una política energética congruente con el objetivo de reducción, bajo los siguientes puntos:
-. Desde el diseño de las nuevas instalaciones se debe especificar los niveles de iluminación requeridos, los tipos de luminarias que reúnan los criterios de eficiencia y acabado terminado de las paredes.
-. En las áreas donde el análisis económico arroje una recuperación acorde con las expectativas de las inversiones, se especificará el tipo de luminarias que reemplazará el existente. O, al menos, el tipo de lámpara y balastos más eficiente.

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Autor:

Liliana Landeros García

Estudiante de psicología. En el centro latinoamericano de Morelos. 21 años