8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007

Transcripción

1 8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007 CALIDAD Y AHORRO DE ENERGÍA EN EDIFICIOS DE LA FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN Díaz Reyes R. Y. UNAM, Facultad de Estudios Superiores Aragón, Centro Tecnológico, Área de Ahorro de Energía Av. Rancho Seco S/N, Col. Impulsora, Ciudad Nezahualcoyotl, Estado de México, ingelectdiaz@hotmail.com Franco Martínez D. UNAM, Facultad de Estudios Superiores Aragón, Centro Tecnológico, Área de Ahorro de Energía. Rancho Seco S/N, Col. Impulsora, Ciudad Nezahualcoyotl, Estado de México, davd_francom@hotmail.com RESUMEN En la actualidad se observa un deterioro en el planeta, debido a esto hay que tomar medidas para la protección del mismo. El ahorro de energía eléctrica, tema que cada día cobra más interés, no solo ayuda a reducir la facturación eléctrica si no también a ayudar a la protección del ambiente. El estudio efectuado a los edificios consiste en realizar visitas al inmueble para conocer los usos del mismo, mediante las visitas se realizan censos de carga que consisten en hacer un conteo de todos los dispositivos eléctricos e iluminación para conocer carga instalada y que demanda mas energía. Para conocer los parámetros antes mencionados nos valemos de un análisis el cual nos arroja resultados mediante un resumen indicándonos apartados como iluminación, cómputo, misceláneos o aire acondicionado, de este resumen conocemos carga instalada y demandada, así como los porcentajes de consumo y demanda. La DPEA (Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado), se incluyen para establecer niveles eficientes de energía en cuanto alumbrado y además con la finalidad de ofrecer propuestas se tomaron niveles de iluminación para indicar que niveles son los adecuados y como lograrlos para dar un beneficio a los profesores, estudiantes y usuarios en general del edificio. PALABRAS CLAVE: Calidad, Ahorro, Energía, Censo de Carga, Análisis.

2 ANÁLISIS DEL EDIFICIO A-1 Características del edificio A-1 El edificio A-1 se encuentra localizado dentro de las instalaciones de la FES Aragón cuenta con aulas de estudio, oficinas para servicios escolares y un auditorio. Este se usa principalmente para impartir clases a las carreras de sociología, comunicación y periodismo, como además realizar trámites en ventanillas de servicios escolares para proyecciones y conferencias en el auditorio. Los horarios con los que cuenta el edificio para el caso de las aulas de estudio son de 7:00 a 14:00 horas para el horario matutino y de 16:00 a 22:00 para el horario vespertino. En servicios escolares se tiene un horario de 8:30 a 20:00 horas con un descanso que va de las 13:00 a las 15:30 horas. En el caso del auditorio sus horarios varían, ya que dependen de los de los eventos que realizan en distintos horarios. En este edificio se cuenta con un transformador de 75 KVA de capacidad, es del tipo seco y maneja voltajes de 440 volts a volts, su conexión es del tipo delta-estrella. Se ubica en la planta baja del edificio dentro de un cubo o bóveda, en donde solo el personal autorizado tiene acceso. La superficie de constricción del edificio A-1 es de 2,559 m², tienen tres niveles: planta baja, primer piso y segundo piso. LEVANTAMIENTO DE DATOS DEL EDIFICIO A-1 Levantamiento arquitectónico Este levantamiento consistió en visitar el edificio a analizar para tomar las dimensiones de la superficie construida y medir independientemente las zonas en que esta dividido desde salones, oficinas, auditorio y pasillos, esto con la intención realizar los planos que son necesarios para conocer dimensiones y ubicación de las zonas. Censo de carga Mediante las visitas efectuadas al edificio se realizó un censo de cargas para conocer la cantidad de luminarias que existe tanto en las aulas de estudio como oficinas y el Auditorio, así como la revisión de la iluminación exterior. En lo referente a cómputo se consideraron los monitores, CPU, impresoras y no brake s existentes los cuales están ubicados en oficinas principalmente. En el caso de los misceláneos se agregaron todas las cargas restantes como ejemplo tenemos: TV, reproductores de DVD, cafeteras, ventiladores, fotocopiadoras, etc. El censo de cargas consistió en visitar cada área en específico y hacer un conteo de la cantidad de equipos existentes dentro de los apartados antes mencionados como iluminación, cómputo, etc. además de conocer la cantidad de watts que consume cada uno de los dispositivos instalados. Para el caso de la iluminación se realiza mediante la suma del consumo de cada una de sus lámparas más un 20 % de perdidas debidas al balastro, ya que su carga de este es puramente reactiva, el 20 % es debido a que este es un valor promedio para el tipo de balastro con el que se cuenta que es un balastro electromagnético, el porcentaje antes mencionado es un valor aceptable con el que se pueden calcular las perdidas en este tipo de balastros. Por ejemplo: Para el caso de los luminarios de 4 x 40 w tenemos: 4 x 40 W = 160 W x 1.20 = 192 watts por cada luminario de 4 x 40 watts En donde 4 es la cantidad de lámparas en el luminario, 40 W su potencia de cada lámpara, 160 W el total de la potencia de las lámparas, 1.20 las pérdidas que se consideran del balastro ya que es electromagnético y 192 W la potencia total del luminario, en este caso uno de 4 x 40 W. Para conocer la potencia en los otros equipos existentes se consideró los datos de placa de cada uno de los dispositivos.

3 Además para conocer los datos que se incluyen en el análisis realizado se necesitan también datos del inmueble como son: m² de construcción, m² por área ya sean oficinas, aulas de estudio, baños etc., y con esto dividir por zonas para conocer la carga instalada por cada una de ellas. Para ello se realizó un levantamiento arquitectónico y con esto conocer todas las dimensiones. Análisis energético Con la intención de conocer la demanda de energía eléctrica que existe en el edificio se realizo un análisis energético, por medio de este obtenemos parámetros que nos indican en donde se localiza el mayor porcentaje de consumo y de demanda de energía eléctrica. Para este análisis los apartados a considerar son: Iluminación Iluminación exterior Computo Misceláneos (cafeteras, televisores, DVD, etc.) Los datos obtenidos se utilizan y se capturan para posteriormente efectuar formulas para conseguir los resultados que nos indicaran en promedio las características del edificio en cuando a consumo y demanda de energía eléctrica. El análisis realizado se ve reflejado en un resumen que nos señala que apartado consta de más carga instalada, la cual demanda más watts, watts sobre m² etc. se añaden graficas para hacer visual los aspectos de las demandas y con esto tener un conocimiento previo de lo sucedido en cada uno de los edificios. El cuadro del análisis (resumen) indica: Kilowatts instalados Kilowatts demandados Kilowatt hora al mes Watts sobre metro cuadrado Kilowatt hora sobre metro cuadrado anual Porcentaje de demanda Porcentaje de consumo En donde: Kilowatts instalados: se refieren a al cantidad de carga instalada con la que cuenta el edificio sin importar este en uso o no y se obtiene sumando todas las cargas localizadas en el inmueble. Kilowatts demandados: es el consumo de electricidad que existe en promedio debido a que la carga instalada que se localiza en el inmueble no se utiliza al 100%, tanto para iluminación como para contactos existen, factores de demanda. Kilowatt hora al mes: es el consumo de energía eléctrica en el transcurso de un mes. Watts sobre metro cuadrado: es la densidad de potencia eléctrica sobre la superficie construida, con este conocemos la eficiencia energética, para lograr un uso más eficiente de la energía eléctrica. Kilowatt hora sobre metro cuadrado anual: es la densidad de potencia a lo largo de un año. Porcentaje de demanda: este porcentaje hace referencia a cual de los apartados diferentes incluidos en el análisis realizado nos demanda una mayor cantidad de energía eléctrica. Porcentaje de consumo: este porcentaje nos indica cual de los apartados antes mencionados consume más energía eléctrica.

4 Los resultados obtenidos en el resumen que a continuación se presenta del edificio A-1, son elaborados por medio de una base de datos en los que se vaciaron todos los detalles obtenidos en las visitas realizadas a las áreas que comprenden el edificio, en base a lo recabado y por medio de cálculos realizados en Excel. La base de datos contiene: El nombre del edificio analizado, el recito visitado y su carga instalada tanto de iluminación como de misceláneos (se entiende por misceláneos los dispositivos encontrados como televisores, cafeteras etc.) y computo. Además una estimación de horas de uso, potencia del dispositivo o de la luminaria y marca de ser visible, esto por futuras referencias si se da el caso de encontrar otro elemento igual. RESULTADOS DEL EDIFICIO A-1 Tabla 1: Resumen de cargas del edificio A-1 kw inst kw dem kwh/mes W/m2 kwh/m2 año % demanda % consumo iluminación , % 77.47% computo % 12.25% alumbrado exterior % 7.82% misceláneos % 2.45% TOTAL , % 100% La superficie construida del edificio A-1 es de m² Aquí es en donde se localizan los apartados antes mencionados junto con sus valores correspondientes, se observa que la carga instalada ha superado la carga para la que fue diseñado el transformador. Otro detalle a mencionar es que el mayor consumo se debe a la iluminación, además existe una gran cantidad de luminarios y es aquí donde se localiza un gran punto para implementar propuestas de ahorro de energía. Como ya se menciono antes un cambio de lámparas junto con balastros que tengan menos perdidas ayudaría a reducir el consumo de energía eléctrica y con esto se verían reducidos los gastos que se dan mes con mes en la factura de Luz y Fuerza. Porcentaje de Demanda 15.59% 4.88% 3.76% 75.77% iluminación computo alumbrado exterior misceláneos Figura 1: Grafica de porcentaje de demanda En la Figura 1 se observa con claridad que el mayor porcentaje de demanda es debido a la iluminación, esta constituida en su mayoría por iluminación del tipo fluorescente, en su mayoría del tipo 4 x 40 W, el consumo se vera reducido al implementar lámparas de menor consumo (las llamadas Ahorradoras), estas a su vez proporcionan mas intensidad luminosidad y mejor iluminación. Para llevar a cabo este plan de sustitución de lámparas se recomienda:

5 Frecuencia (Hz) 1. Realizar la sustitución por completo en un solo nivel y considerar implementarlo en toda la escuela al ver el ahorro. 2. Empezar la adquisición de lámparas ahorradoras y que poco a poco estas sean sustituidas por las que se usan actualmente. CALIDAD DE LA ENERGÍA DEL EDIFICIO A-1 Para realizar un estudio correcto al edificio A-1 se instalo un analizador de redes al transformador, con esto se encontraron las tendencias en cuanto a frecuencia, voltaje y corriente, de esto se encontró lo siguiente: :10:00 p.m Frecuencia (Hz) Figura 2: Grafica de frecuencia En la grafica de frecuencia se encuentra una tendencia en los 60Hz, la cual es la frecuencia que la compañía suministradora proporciona, en este aspecto no se encuentra mayor problema debido a que las variaciones encontradas en la grafica de frecuencia son menores y por el aspecto normativo la frecuencia puede tener variaciones hasta de un ± 0.8 %, como se puede ver en la grafica las variaciones no superan los parámetros establecidos :10:00 p.m Vrms Linea1 (V) Vrms Linea2 (V) Vrms Linea3 (V) Figura 2: Grafica de voltaje En cuanto a voltaje se encontró que existen variaciones, pero estas se encuentran dentro de los parámetros permitidos que son del ± 10%. Pero hablando de calidad de la energía, estos parámetros deberían de tender a unas variaciones menos excesivas, ya que el equipo actual tiende a tener menos tolerancia y debido a esto tener fallas.

6 :10:00 p.m Arms Linea1 (A) Arms Linea2 (A) Arms Linea3 (A) Arms Neutral (A) Figura 2: Grafica de corriente En la grafica de corriente podemos observar la tendencia del uso de equipo en cuanto a las horas laborales, existe una disminución de consumo en horas de poca labor y viceversa, al llegar las horas laborables la corriente tiende a subir de manera gradual y descender de la misma forma según se acaben las horas laborales. Hay que hacer mención a que existe un nivel excesivo de corriente en el neutro debido a la gran cantidad de computadoras e iluminación fluorescente con la que cuenta el edificio. DENSIDAD DE POTENCIA ELECTRICA PARA ALUMBRADO Para este caso se encontró que los niveles recomendados para lograr un uso eficiente de energía eléctrica para alumbrado esta por debajo de lo recomendado como se puede observar en la tabla 2 DPEA del edificio A-1. Tabla 2: DPEA del edificio A-1 Zona Recinto Watts Inst. Área (m²) DPEA (W/m²) DPEA NOM-007ENER (W/m²) Servicios Escolares Cub. Licenciada Servicios Escolares Cub. Ingenieros Servicios Escolares Servicios Esc Pasillos Pasillo izq Pasillos Pasillo der Sanitarios Trabajadores Baños Auditorio Cabina de control Auditorio Butacas Auditorio Escenario Auditorio Pasillo Auditorio Camerinos Aulas de estudio A Pasillos Pasillo Pasillos Pasillo Aulas de estudio A Pasillos Pasillo Pasillos Pasillo Azotea Azotea

7 Para establecer niveles eficientes de energía eléctrica para alumbrado, nos valemos de los DPEA (Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado), los cuales están incluidos en la NOM-007-ENER-2004, su intención es la implementación de diseños y uso de nuevos equipos y tecnologías para incrementar los niveles de eficiencia energética en alumbrado. NIVELES DE ILUMINACION En cuanto a iluminación podemos mencionar que sus niveles están por debajo de lo recomendado como se puede observar en la tabla 3 niveles de iluminación encontrados en el edificio A-1. Tabla 3: Niveles de iluminación en el edificio A-1 NIVELES MÁXIMOS Y MÍNIMOS DE ILUMINACIÓN ENCONTRADOS EN EL EDIFICIO A-1 Áreas DÍA Persianas NOCHE Zona Área especifica Cerradas Persianas Abiertas Luces encendidas Luces Luces encendidas apagadas Luces encendidas Servicios Oficina Escolares Licenciada 435/ / / Cubiculo Ingenieros 280/ / / Áreas de trabajo No hay persianas 468/ / Pasillos *** Auditorio Cabina No hay persianas Asientos No hay persianas Área exposiciones No hay persianas Camerinos No hay persianas Cuarto Aire A. No hay persianas Aulas de Estudio A / / / A-112 No hay persianas 1200/ / A-113 No hay persianas 682/ / A-114 No hay persianas 2742/ / A-115 No hay persianas 1232/ / A / / / Pasillos *** A / / / A / / / A-123 No hay persianas 640/ / A-124 No hay persianas 2825/ / A-125 No hay persianas 1218/ / A-126 No hay persianas 1535/ / A / / / A / / / A / / / A / / / Pasillos *** La posicion en que se encuentra el edificio dificulta la entrada de luz natural en aulas y oficinas. Los niveles encontrados en promedio son de 300 luxes, para tener un nivel de iluminación recomendado se necesita mínimo 600 luxes en oficinas y 700 en aulas de estudio.

8 Entre las propuestas para lograr mejoras para lograr un ahorro de energía en el edificio A-1 se pueden mencionar las siguientes: Con la mínima Inversión: Colocar anuncios para que los usuarios apaguen las luces en horas de desuso. Poner en modo de suspensión computadoras cuando no se usen. Informar al personal de mantenimiento cuando las luces en los pasillos estén encendidas en horas inapropiadas. Con Inversión: Realizar un cambio de lámparas T-12 (actuales), por T-8 (ahorradoras), para reducir el consumo de energía eléctrica. REFERENCIAS 1. NORMA Oficial Mexicana NOM-007-ENER-204, Eficiencia energética en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales. DIARIO OFICIAL. Pag. 8 y9. 2. Manual Eléctrico. Pycsa México. Nivel luminoso recomendado en lux. Pag. 88 y 89.