Revista Aristas Ciencia Básica y Aplicada

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1 Contenido disponible en Revista Aristas Ciencia Básica y Aplicada ANÁLISIS HISTÓRICO DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y EMISIONES INDIRECTAS DE CO 2 DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DELICIAS. María Teresa Gutiérrez Escajeda, José Socorro Morales Aguilar, Jesús Arturo Chávez Pineda, David Urita Echeverría. a Ingeniera Industrial con Doctorado en Ciencias Ambientales por la UASLP. maytte0179@gmail.com b Ingeniero Industrial en Producción con Maestría en Agronegocios por la UACH. josemorales5807@hotmail.com c Ingeniero en Sistemas con Maestría en Administración por el ITESM. c_consultoria@hotmail.com d Ingeniero Mecánico con Maestría en Ingeniería Industrial por el ITD. due58@hotmail.com Información del artículo Historia del artículo: Recibido: 24 Julio 2015 Aceptado: 26 Noviembre 2015 Publicado: 17 Febrero 2016 Palabras clave: Demanda Facturable. Periodo Base, Periodo Intermedia, Periodo Punta. Datos de contacto del primer autor: María Teresa Gutiérrez Escajeda maytte0179@gmail.com México Resumen La generación de electricidad es uno de los sectores que más contribuye en la generación de CO 2 ; y las Instituciones de Educación Superior, a través de sus Sistemas de Gestión Ambiental, tienen la oportunidad de coadyuvar en la mitigación indirecta de CO 2, por medio de acciones para el uso racional y eficiente de la energía eléctrica. Considerando esto, el objetivo del presente estudio es llevar a cabo un análisis del consumo mensual histórico de electricidad del Tecnológico de Delicias y de las emisiones de CO 2 indirectas generadas por este consumo, para detectar áreas de oportunidad en la aplicación de acciones futuras de ahorro de energía y de emisiones evitadas de CO 2. Se aplicaron análisis cualitativos y cuantitativos durante cuatro fases del estudio, concluyendo que el consumo y la demanda de los periodos en Base y Punta, presentan una oportunidad de ahorros sustanciales de energía y emisiones evitadas de CO 2 de, aproximadamente, el 30%; solo con cuidar y mantener el consumo bajo durante dichos periodos. 17 al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 136

2 1. INTRODUCCIÓN La preocupación por el deterioro ambiental derivado, entre otras cosas, de la contaminación del agua, del suelo y aire, y el uso intensivo de energía es un asunto que ha permeado en cualquier ámbito y escala geográfica; de tal manera que, la problemática ha sido analizada y discutida en conferencias o declaraciones internacionales, tales como: la Declaración de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente, realizada en 1972 en Estocolmo; el Reporte de la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en 1988; la Agenda 21 en 1992; la Conferencia sobre Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable de Johannesburgo en 2002 [1]-[2]. En el ámbito de la educación superior, la importancia de la inclusión de la temática ambiental también ha seguido una dinámica cada vez más persistente y consistente, cuyo punto de partida significativo fue la declaración mundial sobre la educación superior en el siglo XXI: visión y acción; en la que se anuncia la necesidad y responsabilidad de la sostenibilidad en la educación superior [3]. Actualmente las instituciones de educación superior (IES), a través de sus sistemas de gestión ambiental (SGA), llevan a cabo acciones para el uso racional y eficiente del agua y la energía eléctrica, asi como el manejo adecuado de los residuos sólidos y el desecho de los materiales peligrosos, entre otras [4]-[5]. Ref. [6] realizaron un análisis para conocer el estado actual de los SGA de las IES en México. Los autores concluyeron que, con relación al consumo de energía eléctrica, son pocas las IES que realizan o presentan un diagnóstico previo del consumo eléctrico, como elemento necesario para el establecimiento de metas de ahorro. Por otra parte, la elección de las estrategias de reducción en el consumo de electricidad observan grandes diferencias, fundamentadas en la disponibilidad de recursos de cada IES; por una parte, las pertenecientes al Sistema Nacional de Institutos Tecnológicos (SNIT) sustentan sus acciones, en gran medida, en campañas de sensibilización o concientización sobre el uso adecuado de electricidad, y las IES pertenecientes al Complexus (en su generalidad Autónomas) y las privadas, incluyen más acciones enfocadas a la sustitución de equipos ahorradores o uso de energías alternas. La problemática global a la que nos enfrentamos actualmente, y que ha sido motivo de acuerdos internacionales, es el Calentamiento Global. La concentración de dióxido de carbono (CO 2 ) se ha incrementado en un 40% desde la era preindustrial debido, en primer lugar, a las emisiones generadas por las actividades humanas tales como la generación de electricidad, los procesos industriales y el transporte, que tienen como elemento común el uso de combustibles fósiles; y en segundo lugar por el cambio de uso del suelo. Esto ha intensificado el impacto del efecto invernadero en el calentamiento global que se ha experimentado en los últimos años [7]. La generación de electricidad es uno de los sectores que más contribuye en la generación de CO 2. De acuerdo con el inventario Nacional de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del 2010, México emitió 748 millones de toneladas de CO 2 eq, de los cuales la categoría de Energía de energía contribuyó con un 67.30%. Dentro de esta categoría, los sectores de transporte, generación de electricidad, emisiones fugitivas y manufactura e industria de la construcción, fueron los más contribuyentes al participar con el 33.00%, 32.30%, 16.50% y el 11.30% respectivamente [8]. Dado los resultados anteriores, dentro de las estrategias de mitigación de GEI, el gobierno federal ha planteado acciones encaminadas a la reducción de CO 2 en la generación de electricidad. Los programas oficiales de ahorro y eficiencia energética en México han logrado reducir el consumo de energía por unidad de producto, derivando en la reducción de emisiones de GEI. De acuerdo con cifras de la Prospectiva del Sector Eléctrico , las normas de eficiencia energética fomentadas por la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE) lograrían una reducción de emisiones de alrededor de millones de toneladas de CO 2 e por año en el 2014 [9]. En el ámbito educativo, las IES también se han unido al compromiso para enfrentar la problemática común del calentamiento global. A través de sus SGA, las IES están llevando a cabo acciones encaminadas al ahorro del consumo de electricidad. En México, la UNAM presentó un potencial de ahorro, después de haber medido y analizado sus consumos; lo cual es posible cuando la reducción se obtiene por la sustitución o adquisición de nuevos sistemas o equipos eléctricos. Por otra parte, cabe destacar la dinámica que ha experimentado el Plan Ambiental del Tecnológico de Colima, que se ha sustentado en la realización de varios estudios de impacto para establecer prioridades en sus propuestas de reducción en la facturación eléctrica [10]. Considerando, por una parte, la importancia de unirse al esfuerzo global de reducir las emisiones de CO 2 generadas por el uso de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica, así como la necesidad de propiciar el cuidado y uso racional de esta energía, el objetivo del presente estudio es llevar a cabo un análisis del consumo histórico de electricidad del Tecnológico de Delicias y de las emisiones de CO 2 indirectas generadas por este consumo, para detectar áreas de oportunidad en la aplicación de acciones futuras de ahorro de energía y de emisiones evitadas de CO al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 137

3 El Instituto pertenece a la tarifa horaria de media tensión (HM), que se aplica a los servicios que destinan la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión, con una demanda de 100 kilowatts o más. En ésta, se divide el día en distintos periodos horarios y se les aplica un cobro distinto, según sea el consumo correspondiente. Tomando de referencia el horario de verano, que es desde el primer domingo de abril hasta el sábado anterior al último domingo de octubre, los periodos horarios entre lunes y viernes se integran de la siguiente forma: el periodo Base comprende de las 0:00 a las 6:00 horas, el Intermedia incluye de las 6:00-20:00 y de 22:00-24:00 horas, y el tercer periodo es el de Punta, de 20:00-22:00 horas. Los conceptos más importantes en la facturación del consumo de energía eléctrica están dados por: la Energía (kwh) y la Demanda (Kw). El primero de ellos se refiere al consumo de la energía utilizada por el usuario [11]. El segundo corresponde con la carga promedio máxima en las terminales de una instalación o sistema en intervalos de quince minutos, calculados cada cinco minutos [12]. Para efectos de la facturación, se considera el concepto de Demanda Facturable que se calcula mediante una fórmula que incluye factores de reducción estipulados por la CFE. Metodología Para llevar a cabo el presente estudio, se aplicaron tanto análisis cualitativos como cuantitativos, divididos en cuatro fases. 1. Diagnóstico: análisis del consumo mensual histórico ( ) y estimación mensual de emisiones de CO 2. En primer lugar se realizó un análisis mensual de los conceptos de Energía y Demanda Facturable y se elaboraron gráficas con datos obtenidos de la base de datos de la Comisión Federal de Electricidad, llamada cfectiva [13]. Y se calcularon las emisiones indirectas generadas por el consumo de energía eléctrica del ITD. 2. Detección de puntos (horarios) críticos. Con base en el análisis anterior, se identificaron áreas de oportunidad para tanto para el ahorro económico de la facturación como en las emisiones evitadas de CO Monitoreo de los horarios críticos. Se realizaron recorridos físicos en las instalaciones del plantel, durante los horarios identificados como áreas de oportunidad. 4. Aplicación de encuesta. Una vez que se identificaron incongruencias en el uso de aparatos de aire acondicionado y de iluminación fuera del horario de clases, se consideró conveniente aplicar una encuesta a los alumnos para identificar su percepción sobre el cuidado del consumo de energía eléctrica. 2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En primera instancia se muestra que el mayor consumo de energía corresponde, en su mayoría, con los meses del horario de verano; esto es, entre abril-octubre, siendo los meses de junio, septiembre y octubre los de mayor consumo promedio, con 64,918 66,481 y 59,975 kwh respectivamente (Fig. 1). De forma desagregada, a continuación se analiza la Energía o Consumo en sus tres tipos de periodos. Figura 1. Energía promedio mensual por periodos de consumo, durante Elaboración propia con datos de CFE, La energía en periodo de Intermedia es el de mayor consumo; que en cierta forma se esperaba, ya que este consumo comprende los kwh consumidos entre las 6:00-20:00 y de las 22:00 a las 24:00 horas. Por su parte, la Energía de Base, corresponde con el horario de las 0:00 a las 6:00 horas. De acuerdo a este horario, el consumo de energía se esperaría mucho menor que el que resultó en el promedio de la gráfica, dado que las clases están comprendidas entre las 7:00 y 20:00 horas. Por ejemplo, para los meses de abril y mayo, la energía en Base presentó un consumo del 40% y 42% respectivamente, con relación a la de Intermedia. La última clasificación del consumo, que es la Energía de Punta, resultó ser la de menor participación; sin embargo, tomando en cuenta que este periodo comprende únicamente entre las 20:00 y las 22:00 horas, y dado que las clases en el plantel terminan a las 20:00 horas se esperaría que la energía en este periodo fuera casi despreciable. Con relación a las tarifas de la energía consumida (kwh), cabe señalar que el kwh de la energía de Punta tiene un cargo de casi el doble que la energía de Intermedia. Por ejemplo, durante el mes de febrero del 2015, los cargos por energía para los periodos Base, Intermedia y Punta fueron , y pesos por kwh, respectivamente. Considerando esto, el consumo de Punta se convierte en un punto de oportunidad para considerar posibles alternativas de ahorro de energía y de dinero. Además, al igual que la energía de Base, en Punta también se refleja un incremento durante el horario de verano. Cabe señalar que la forma de calcular el concepto de Consumo, consiste en sumar los productos de cada tipo de consumo por su respetivo costo unitario. 17 al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 138

4 Ahora bien, en términos de emisiones de CO 2 indirectas, generadas por el consumo de antes analizado, se tomó en cuenta el factor de emisión proporcionado por la Comisión nacional para el uso eficiente de la energía eléctrica (CONUEE) en 2010, que establece que por cada kwh de energía eléctrica consumida se emiten kilogramos de CO 2 (kco 2 ) [8]. Con base en este factor de emisión, se realizó la estimación media mensual de emisiones de CO 2 del plantel. Al igual que el consumo, las emisiones siguen la tendencia de incrementarse durante la mayoría de los meses del horario de verano. Considerando el promedio de emisiones de cada mes, el ITD ha emitido de forma indirecta 2, 162,496 kg de CO 2 entre 2010 y Por otra parte, al considerar el concepto de Demanda Facturable del periodo de estudio, se observa que los meses que comprenden el horario de verano son los de mayor demanda (Tabla 1). Para realizar un análisis desagregado de la Demanda Facturable, es necesario considerar la forma de estimarla, según la expresión: HHHH = HHHH + 0.3(HHHH HHHH) (HHHH HHHH Donde: HHHH es la demanda facturable HHHH es la demanda máxima medida en el periodo de Punta HHHH es la demanda máxima medida en el periodo de Intermedia HHHH es la demanda máxima medida en el periodo de Base. Cabe señalar que el segundo término de la expresión puede ser anulado en el caso de que la HHHH sea mayor que HHHH; y en el tercer término, la DDDD puede ser sustituida por la HHHH, según cuál de estas sea la mayor. Por otro lado, los factores de 0.3 y 0.15 son los factores de reducción aplicables a la región tarifaria del norte. Como se observa de la expresión (1), el total de la HW no consiste en la suma sencilla de cada una de los tres tipos de demanda; en cambio, como se observa en la ecuación, la Demanda en Punta tiene una importancia tal que, según sea su valor, éste puede ser el de mayor contribución en el cálculo del total de la Demanda Facturable. Para realizar un análisis desagregado sobre la participación de cada uno de los periodos en la HW, se promediaron las demandas mensuales del periodo de estudio (Fig. 2). k W Figura 2. Demanda Facturable media mensual por periodos ( ). Elaboración propia con datos de CFE, La demanda en Punta e Intermedia siguen casi el mismo patrón durante los meses del horario de verano; cuando una de ellas presenta un crecimiento, la otra repite dicha tendencia, y viceversa; además, como se observa, éstas son las de mayor demanda. En cambio, la demanda en Base presenta pocos cambios a través del año.el análisis anterior mostró la demanda dentro de cada uno de los horarios (Base, Intermedia y Punta). Sin embargo, dado que el importe o costo por concepto de la Demanda Facturable se aplica según el resultado de la DF, obtenido de la ecuación (1), se realizó un análisis sobre la contribución (%) de cada uno de los tipos de demanda, en el importe a pagar por concepto de Demanda Facturable Para esto, al igual que en el análisis anterior, se promedió la contribución mensual de cada uno de los años considerados en el periodo de estudio (Fig. 3). Contribución (%) E F M A M J J A S O N D Mes Base Intermedia Punta E F M A M J J A S O N D Mes Base Intermedia Punta Figura 3. Contribución media mensual por periodo en la Demanda Facturable ( ). Elaboración propia con datos de CFE, 2015). Tabla 1. Demanda Facturable mensual promedio del ITD. Elaboración propia con datos de CFE, Se observa que la mayor contribución en el importe por el concepto de Demanda Facturable recae en la demanda en Punta, que es el horario entre las 20:00 y 22:00 horas. De acuerdo a este horario, las oficinas administrativas, las aulas, los talleres y laboratorios no tienen actividades. Considerando la gran contribución de la demanda en Punta, así como su incongruencia, dados los horarios de 17 al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 139

5 la misma, se llevaron a cabo varios recorridos en los meses de verano, durante el horario 20:00-22:00 horas para detectar lámparas, equipo o aparatos que estuvieran encendidos. Se realizaron 50 recorridos aleatorios, repartidos entre los meses de junio y octubre. Estos comenzaban a las 20:00 horas, tomando aproximadamente 30 minutos para recorrer por completo las instalaciones del Instituto; de forma tal, que se llevaron a cabo tres recorridos durante cada periodo en Punta muestreado. Mediante un formato en el que se incluían cada uno de los edificios o instalaciones, se identificaron los aparatos y equipos que estaban encendidos durante cada recorrido. De forma constante, los edificios de aulas fueron los que presentaron el mayor número de equipos encendidos. Estos edificios están identificados internamente como A, C, G y N. El 35% de las veces, todos los aparatos de aire acondicionado y los focos de al menos dos de estos edificios estuvieron encendidos, aun encontrándose las aulas vacías. El 20% de las veces se identificaron encendidos tanto focos como equipos de aire acondicionado de tres de estos edificios. El área de aulas del edificio N permaneció encendida, tanto las lámparas como los minisplit, durante el 85% de las veces. Cabe considerar que el edificio N es el único que cuenta en su totalidad con lámparas y equipos de aire acondicionado tipo minisplit, considerados como ahorradores; sin embargo, como se mencionó antes, éste edificio permaneció en el modo de encendido durante la mayoría de los recorridos. Considerando que durante el periodo de Punta el medidor identifica y considera a la demanda máxima promediada durante intervalos de quince minutos y se aplica para el cálculo de la Demanda Facturable; por ello se explica entonces la notable contribución de la demanda en Punta para el total de la facturación por el concepto de DF del Instituto. De acuerdo a los resultados de la etapa de monitoreo mediante los recorridos, se analizó la conveniencia de aplicar una encuesta para identificar posible hábitos de consumo de energía eléctrica de los alumnos durante su permanencia en el mismo. La encuesta se aplicó a muestra aleatoria de 121 alumnos, de los distintos programas de estudio y de distintos semestres, cuyo objetivo fue conocer los hábitos en el uso o cuidados de la energía. El 31% de la muestra acostumbra apagar las luminarias del salón de clase, cuando abandonan el aula. Respecto al aire acondicionado, solo el 13.20% acostumbra apagarlo al abandonar el aula, y del restante 86.80% que no lo hace, el 4.40% argumentó que no lo hacían porque los interruptores (apagadores) del aire no están dentro del aula. El 8.80% de la muestra tiene la costumbre de apagar ambos, tanto luminarias como aire acondicionado. Sin embargo, el 72.52% si tiene el hábito de apagar focos o lámparas en sus respectivas viviendas, motivados por el hecho de que el consumo en sus hogares si implica un costo del consumo de energía. Por otra parte, el 60.50% de los alumnos no acostumbran apagar ambas cosas, y entre sus argumentos se encuentran desde el hecho de no creer que sea su responsabilidad hasta la indiferencia para hacerlo (Fig. 4). Figura 4. Participación del tipo de respuesta de los alumnos del ITD, ante la negativa de apagar el aire acondicionado y las lámparas al abandonar el aula. Elaboración propia. 3. CONCLUSIONES La energía de Base presenta un área de oportunidad de ahorro económico y de emisiones de evitadas de CO 2 ; ya que, como se observó, en la mayoría de los meses del horario de verano, esta representa al menos el 30% del consumo en Intermedia; y sin embargo, durante el periodo en Base no hay actividades administrativas o académicas en el plantel. Por su parte, el consumo en Punta representó, en promedio, al menos el 15% del Intermedia; y sin embargo, este horario solo incluye dos horas (20:00-22:00 horas) en las que, además no hay actividades en el plantel. Por lo tanto, derivado de los recorridos que se realizaron, se asume que este consumo está vinculado al hecho de que varias lámparas y equipos de aire acondicionado se quedan encendidos durante los periodos Punta e Intermedia. De acuerdo con el consumo y la demanda del horario en Base y Punta, se observarían ahorros sustanciales en ambos conceptos, de aproximadamente el 30%; y solo con cuidar y mantener el consumo bajo durante los periodos de Base y Punta. Es decir, ante esta posibilidad no se requiere el cambio o sustitución de aparatos o equipos; simplemente es adquirir el hábito de apagar dichos equipos entre las 20:00 y las 6:00 horas. El potencial de emisiones evitadas de CO 2 se presenta durante el consumo de energía. Sin embargo, de los recorridos realizados, se observó que durante los periodos en Base y Punta, tanto el consumo como la demanda de energía presentan áreas de oportunidad para ahorro y emisiones evitadas. Es indudable la necesidad de una campaña de concientización sobre el uso racional y eficiente de la 17 al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 140

6 energía eléctrica, tanto para el personal como para los estudiantes del plantel. El hecho de que la federación cubra el gasto por consumo de electricidad en los Tecnológicos, no excusa la falta de interés o responsabilidad para utilizar la energía de forma racional, ya que este problema, aparentemente local, deriva en la problemática del calentamiento global que se presenta actualmente. Aunque actualmente se están llevando a cabo algunas acciones por parte del SGA del Instituto, tales como cambio de focos y equipos de refrigeración ahorradores, la falta de concientización seguirá siendo un factor determinante para el uso racional de la energía. Como se observó durante los recorridos realizados, gran parte de las lámparas y equipos de refrigeración de bajo consumo del edificio N permanecían encendidos durante el periodo en Punta, y muy probablemente durante el de Base. Lo anterior es una muestra más de la falta de concientización en el uso de la electricidad. 4. REFERENCIAS [1] Nieto, L. M. y Medellín, P., Medio ambiente y educación superior: implicaciones en las políticas públicas. Revista de la Educación Superior, XXVI (2), 142, [2] UN, Report of United Nations Conference on Environment and Development. Rio de Janeiro: United Nations. [3] UNESCO, Declaración mundial sobre la educación superior en el siglo XXI: visión y acción. Paris: Conferencia Mundial sobre la Educación Superior. [4] Rivas, M. I., Modelo de sistema de gestión ambiental para formar universidades ambientalmente sostenibles en Colombia. Gestión y Ambiente, 14(1), [5] Macedo-Abarca, B., Ortiz-Hernández, M. L. y Sánchez-Salinas, E. Plan de manejo ambiental integral para instituciones de nivel medio superior. Recuperado el 15 de noviembre de 2014, de morias/extenso/pa/eo/pao-01.pdf [6] Gutiérrez, M. T., Morales J. S., Chávez, J. A Estado actual de los tópicos de energía eléctrica, agua y residuos sólidos en los Sistemas de Gestión Ambiental Universitarios. Ponencia presentada en el Congreso AJ 2015, en Tabasco, México. [7] IPCC, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley. [8] SEMARNAT, Inventario nacional de emisiones de gases de efecto invernadero Secretaria de medio ambiente y recursos naturales. México. [9] CICC, Estrategia nacional de cambio climático. Comisión Intersecretarial de cambio climático, SEMARNAT. México. [10] Bravo, M. T (Coord.). Los planes ambientales institucionales en la educación superior en México. Construyendo sentidos de sustentabilidad ( ). INE-SEMARNAT. México. [11] DOF, Modelo de contrato de suministro de energía eléctrica en baja tensión. Comisión Federal de Electricidad. México. [12] CFE, Instructivo para la interpretación y aplicación de las tarifas para el suministro y venta de energía eléctrica. Comisión Federal de Electricidad. México. [13] CFE, CFEctiva Empresarial. Recuperado el 10 de Abril de 2015, de 17 al 20 de febrero Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Copyright Tijuana, Baja California, México. 141