AUDITORÍAS ENERGÉTICAS

Transcripción

1 CURSO: AUDITORÍAS ENERGÉTICAS Instructor: Ramón Rosas Moya Noviembre 8 a 24 /

2 PROGRAMA Sesión 5. (Miércoles 17 de Noviembre) 5. AUDITORÍA ENERGÉTICA ELÉCTRICA (3ª Parte) 5.9. Auditoría energética a sistemas de iluminación Auditoría energética a sistemas de aire acondicionado y refrigeración. 2

3 Auditoría Energética a Sistemas de Iluminación 3

4 Sistemas de Iluminación El ahorro de energía en Iluminación, consiste en utilizar equipos de la más alta eficiencia, para satisfacer los requerimientos del sistema 4

5 Sistemas de Iluminación El ahorro de energía en iluminación está asociado con: Lámparas Balastros Luminarias Sistemas de Control Aprovechamiento de luz natural 5

6 Sistemas de Iluminación LÁMPARAS: Las lámparas son las fuentes de luz, y en la actualidad disponemos de varias tecnologías y tipos, las que básicamente están agrupadas en: Lámparas incandescentes Lámparas de descarga Lámparas LED 6

7 Sistemas de Iluminación Características de la Lámparas Tipo de lámpara Potencias Encendido Reencendido Vida (h) Incandescente 3 a 1500 W Instantáneo Instantáneo 1,000 Halógena 5 a 1500 W Instantáneo Instantáneo 2,000 Luz Mixta 160 a 500 W Rápido Rápido 6,000 LED W Instantáneo Instantáneo 100,000 Fluorescente 4 a 215 W Rápido Rápido 7,500 a 20,000 Inducción 85 a 200 W Instantáneo Instantáneo 100,000 Sodio Baja Presión 18 a 135 W 1 a 3 min. 3 a 5 min. 16,000 Vapor de Mercurio 40 a 1000 W 1 a 3 min. 2 a 3 min. 12,000 a 24,000 Aditivos Metálicos 32 a 1500 W 3 a 5 min. 5 a 10 min. 6,000 a 20,000 Sodio Alta Presión 35 a 1000 W 1 min. 3 a 5 min. 16,000 a 24,000 7

8 Sistemas de Iluminación Características de la Lámparas Tipo de lámpara Costo Inicial Consumo de Costo de Rendimiento Energía Mtto. Lum/W IRC Incandescente Muy Bajo Alto Alto 8 a Halógena Bajo Alto Alto 12 a Luz Mixta Medio Medio Medio 50 a LED Muy Alto Medio Muy Bajo 30 a Fluorescente Bajo Bajo Medio 60 a Inducción Muy Alto Bajo Muy Bajo 80 a Sodio Baja Presión Medio Muy Bajo Medio 110 a Vapor de Mercurio Medio Medio Medio 35 a Aditivos Metálicos Alto Bajo Alto 90 a Sodio Alta Presión Medio Bajo Medio 100 a

9 Sistemas de Iluminación Espectro de las fuentes de luz 9

10 Sistemas de Iluminación Espectro de las fuentes de luz 10

11 Sistemas de Iluminación EL BALASTRO El balastro es un dispositivo necesario para iniciar el arco eléctrico y controlar la corriente que circula por una lámpara de descarga en gas. 11

12 Sistemas de Iluminación EL BALASTRO Electromagnéticos Electrónicos Generadores para lámparas de inducción Convencional De bajas pérdidas y alto F. de potencia. Altas pérdidas Bajas pérdidas Muy Bajas pérdidas 12

13 Sistemas de Iluminación EL BALASTRO Que debemos esperar de un balastro? 1. Que sea de bajo consumo de energía 2. Que tenga una larga vida media 3. Que permita las acciones de control que se requieran. 4. Que tenga un costo accesible 13

14 Sistemas de Iluminación EL SISTEMA DE CONTROL El sistema de control, es el dispositivo mediante el cual se realizan las tareas de encender y apagar el alumbrado, así como regular en su caso la intensidad luminosa. 14

15 Sistemas de Iluminación EL LUMINARIO Un luminario es el equipo de iluminación que distribuye, filtra o controla la luz emitida por una o varias lámparas, el cual incluye todos los accesorios necesarios para filtrar, sostener, proteger y operar estas lámparas, y lo necesario para conectarlas al circuito de energía eléctrica. 15

16 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA 1. Utilización de luminarias de alto coeficiente de utilización 2. Cambio y ajuste de potencia de lámparas 3. Tecnología de la fuente de luz 4. Cambio de balastras electromagnéticas por electrónicas 5. Circuitos controlados por atenuadores de potencia 6. Circuitos con sistemas temporizadores 16

17 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Cambio y ajuste de potencia de lámparas. Lámparas de vapor de mercurio, aditivos metálicos o luz mixta, se pueden sustituir por lámparas de vapor de sodio de menor potencia, por lámparas de inducción o por lámparas LED. 17

18 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Cambio y ajuste de potencia de lámparas. Lámparas de vapor de mercurio, aditivos metálicos, luz mixta, o vapor de sodio, en interiores, se pueden sustituir por lámparas fluorescentes T5 18

19 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA LÁMPARAS LED 19

20 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA LÁMPARAS DE INDUCCIÓN 20

21 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Aplicaciones en Interiores Lámparas fluorescentes T5, en sustitución de las lámparas de vapor de sodio o lámparas de aditivos metálicos. 21

22 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Tecnología propuesta Luz mixta equivalente Ahorro Inversión PSRI Descripción Potencia (W) Potencia (W) kw kwh/año USD/año ( USD ) años T5: 3x28W T5: 3x54W , Inducción 40W Inducción 100W , LED 50W LED 90W ,

23 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Tecnología propuesta Aditivos metálicos equivalente Ahorro Inversión PSRI Descripción Potencia (W) Potencia (W) kw kwh/año USD/año ( $USD) años T5: 4x28W T5: 3x54W T5: 5x54W Inducción 40W Inducción 150W LED 50W

24 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Tecnología propuesta Descripción Potencia (W) Vapor de mercurio equivalente Potencia (W) Ahorro Inversión PSRI kw kwh/año $/año ( $ ) años T5: 4x28W T5: 4x54W T5: 8x54W , Inducción 40W Inducción 350W , LED 50W

25 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Tecnología propuesta Vapor Sodio Alta Presión equivalente Ahorro Inversión PSRI Descripción Potencia (W) Potencia (W) kw kwh/año $/año ( $ ) años T5: 4x28W T5: 4x54W Inducción 40W Inducción 100W Inducción 350W , LED 50W

26 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Cambio de balastros electromagnéticos por balastros electrónicos El balastro electromagnético consumo entre un 20 y 25% de la energía que consume la lámpara, mientras que el electrónico, prácticamente no consume energía. 26

27 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Circuitos controlados por atenuadores de potencia En los horarios donde no se requieren los mismos niveles de iluminación, se pueden bajar los niveles de iluminación, disminuyendo con ello el consumo de energía de la misma. 27

28 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Circuitos con sistemas temporizadores En parques y jardines, así como en avenidas, se puede apagar un porcentaje de las lámparas a determinada hora, con el consecuente ahorro de energía derivado de esta acción. 28

29 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Control horario: Este se realiza mediante la programación de los encendidos y apagados de circuitos de iluminación, tomando en cuanta las costumbres de uso del inmueble en cuestión. Un controlador (PLC, o simplemente un temporizador), realiza la función. 29

30 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA EL LUMINARIO El luminario tiene básicamente dos objetivos: albergar a la lámpara y al balastro, y el de producir los efectos de luz directa, indirecta, difusa, etc. Una de las características más importantes del luminario para aprovechar mejor la luminosidad de la lámpara es el índice de refractancia de éste. Mientras mejor habilitado esté para reflejar los rayos luminosos que le llegan, más eficiente será. 30

31 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA EL LUMINARIO Reflector Especular En los sistemas de iluminación fluorescente, una de las técnicas de ahorro de energía más efectivas está en la instalación de reflectores especulares dentro del luminario. 31

32 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA EL LUMINARIO Reflector Especular El uso de reflectores especulares tiene primordialmente dos objetivos: 1. Aumentar el nivel de iluminación sin aumentar la carga instalada. 2. Reducir el número de watts por luminario al 50%. En el caso de luminarios de 2 lámparas se puede tener 1 instalada y en el caso de 4 lámparas, solo 2. 32

33 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA EL LUMINARIO Reflector Especular En algunos casos, el uso de reflectores no proporciona el mismo nivel de iluminación al retirar el 50% de lámparas. En estos casos se pueden efectuar las siguientes acciones: - Instalación de lámparas de mayor emisión de flujo luminoso: por ejemplo, sustitución de luz día por blanco frío o lámparas T-8. - Pintado de las paredes, columnas y techos a colores más claros. 33

34 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Aprovechamiento de la luz natural 34

35 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Aprovechamiento de la luz natural 35

36 Sistemas de Iluminación ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO DE ENERGÍA Aprovechamiento de la luz natural Domos Solares 36

37 Auditoría Energética a Sistemas de Aire Acondicionado y 37

38 CLASIFICACIÓN DE LAS ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO Estrategias de operación Rendimiento del equipo Temperatura de Confort Administración de la Demanda Uso de Variadores de Frecuencia Sustitución del equipo Mantenimiento Mejoras al ciclo de refrigeración Disminución de ganancias de calor Disminuir ganancias de calor por elementos arquitectónicos. Reducir las cargas térmicas en el interior de las áreas acondicionadas 38

39 Estrategias de Operación Temperatura de confort La temperatura de confort es función de varios parámetros. Dentro los principales se encuentran: Humedad relativa Tiempo de permanencia Edad y Sexo Aclimatación Actividad Circunambiente Costumbres en el vestir 39

40 Estrategias de Operación Temperatura de confort A qué temperatura se deben fijar los termostatos? Humedad Relativa (%) Temperatura de Confort ( C)

41 Estrategias de Operación Temperatura de confort Ahorros por ajuste de termostatos Ahorro de energía (10%) 100% 80% 60% 40% 20% 0% Aumento de la temperatua ( C) 41

42 Estrategias de Operación Administración de la demanda 42

43 Estrategias de Operación Administración de la demanda 43

44 Estrategias de Operación Uso de variadores de velocidad Los variadores de frecuencia en los sistemas de aire acondicionado tienen las siguientes aplicaciones: En compresores centrífugos En ventiladores de manejadoras de caja de volumen variable En bombas de agua helada de sistemas tipo chiller. Ventiladores en torres de enfriamiento. 44

45 Estrategias de Operación Uso de variadores de velocidad en compresores Curvas Características de Operación de Compresores Centrífugos Presión de descarga 100% 80% 60% B Línea de operación a presión constante A 40% % de velocidad Gasto (%) 45

46 Estrategias de Operación Uso de variadores de velocidad en compresores La potencia eléctrica demandada por el motor del compresor, se comporta de acuerdo a las leyes de afinidad, por lo que la reducción de la velocidad del 100% al 80%, significará una reducción de la potencia demandada de: HP 80% / HP 100% = (N 80% )/N 100% ) 3 = 51.2 % 46

47 Estrategias de Operación Uso de variadores de velocidad en manejadoras con caja de volumen variable. 40,000 cfm 10,000 cfm 10,000 cfm 10,000 cfm 10,000 cfm Zona A Zona B Zona C Zona D 47

48 Estrategias de Operación Uso de variadores de velocidad en bombas de agua helada en sistemas tipo chiller. REFRIGERANTE CHILLER F&C F&C F&C F&C F&C BOMBA 48

49 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Mantenimiento Mejoras al ciclo de refrigeración 49

50 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo La sustitución del equipo es una medida muy rentable, cuando se observan las siguientes condiciones: El equipo es de baja eficiencia La eficiencia del equipo se encuentra depreciada por antigüedad y/o daños sufridos. El equipo es de uso intensivo. Con frecuencia con la sola presencia de una de estas condiciones basta para que la medida sea rentable. 50

51 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento El rendimiento del equipo se determina mediante mediciones utilizando alguno de los tres métodos existentes para hacerlo: Lado aire Lado agua (aplica para sistemas tipo chiller) Lado refrigerante 51

52 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado aire) Este método consiste en calcular por el lado aire, la cantidad de calor que la unidad está removiendo, así habrá que medir: El flujo másico de aire La temperatura y humedad del aire a la entrada La temperatura y humedad a la salida Potencia eléctrica demandada 52

53 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado aire) Conocida la temperatura y humedad del aire, en la carta psicrométrica encontramos la entalpía El calor removido es: El rendimiento es: Q = Ma (h1 h2 ) EER = Q / Pe 53

54 Carta Psicrométrica h = 28.5 Btu/lb 54

55 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado agua) Para el caso de equipos tipo Chiller, el método consiste en medir: El flujo másico de agua La temperatura del agua a la entrada La temperatura del agua a la salida La potencia eléctrica demandada 55

56 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado agua) Conocida la temperatura del agua a la entrada y la salida El calor removido es: El rendimiento es: Q = M * CP * (T2 T1) EER = Q / Pe 56

57 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado refrigerante) En este método, las mediciones se realizan en el lado del refrigerante, las mediciones a realizar son: Flujo de refrigerante Presión a la entrada del evaporador Presión a la salida del evaporador Potencia eléctrica demandada 57

58 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo Cálculo del Rendimiento (lado refrigerante) Conocida la presión de alta y baja, en el diagrama de Mollier encontramos la entalpía del refrigerante El calor removido es: El rendimiento es: Q=Mr(h1 h2) EER = Q / Pe 58

59 59

60 CONDENSACIÓN EXPANSIÓN COMPRESIÓN EVAPORACIÓN h1 h2 60

61 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Un Hotel cuenta con un equipo de agua helada para el acondicionamiento del aire. El compresor es centrífugo de 250 toneladas de refrigeración nominales, y tiene más de 20 años en servicio. Determinar el período de recuperación de la inversión, si éste se sustituye por un equipo nuevo con compresor de tornillo y un EER de 16.9 Btu/W-h. Cuyo costo es de 94, USD El costo de la energía eléctrica es de USD/kWh 61

62 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Mediciones efectuadas en el lado agua Potencia eléctrica demandada: P = kw Flujo de agua: M = 1,758 lt/min = 105,489 kg/h Temperatura del agua de salida: Ts = 7.1 C Temperatura del agua de retorno: Tr = 9.3 C 62

63 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Determinación del calor removido por el chiller: Q = M x CP x ( Tr Ts ) = (105,480 kg/h) x (1 kcal/kg- C) x (2.2 C) x (3.968 Btu/kcal) = 920,798 Btu/h Determinación del rendimiento: EER = Q / P = (920,798 Btu/h) / 121,510 W) = 7.58 Btu/W-h 63

64 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Cálculo de la potencia demandada por el equipo propuesto: è P = Q / EER = (920,798 Btu/h) / (16.9 Btu/W-h) = 54,485 W = 54.5 kw 64

65 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Cálculo de la potencia eléctrica promedio ahorrada: Pa = P P = = 67.0 kw Cálculo de la energía ahorrada: Ea = Pa x horas de operación = 67.0 kw x 730 h/mes = 48,910 kwh/mes 65

66 Rendimiento del Equipo Sustitución del equipo.- Análisis de un caso Cálculo del importe de los ahorros por facturación A$ = Ea * Costo promedio del kwh = 48,910 kwh x $/kwh = 6,505 USD/mes Cálculo del período de recuperación de la inversión PSRI = Inversión / Ahorro anual = USD 94, / 6,505 USD/mes = 14.6 meses 66

67 Rendimiento del Equipo Mantenimiento En los sistemas de aire acondicionado existe una relación muy estrecha entre el mantenimiento y el consumo de energía. Un mantenimiento deficiente se manifestará en: Caída de presión del refrigerante, originada por fugas de gas, que se traducen en una disminución de la capacidad de remoción de calor Elevación de la presión de trabajo, originada por falta de capacidad de condensación y/o evaporación, por suciedad en el condensador y/o evaporador, la que traerá como consecuencia un mayor consumo de energía. 67

68 Rendimiento del Equipo Mantenimiento Medidas recomendadas: La medida consiste en recomendar la implantación de un programa de mantenimiento predictivo y preventivo que contemple al menos las siguientes actividades Mtto. Preventivo Limpieza y sustitución en su caso de filtros Limpieza y desincrustación de condensadoras Limpieza y desincrustación de evaporadoras Limpieza y lubricación de componentes mecánicas Mtto. Predictivo Medición, registro y análisis del comportamiento de: Presión en alta y baja del refrigerante La corriente y el FP de los motores. Vibraciones mecánicas en rodamientos. 68

69 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración En algunos sistemas y bajo determinadas circunstancias, es posible lograr mejoras al ciclo de refrigeración mediante: Utilización de refrigerantes de más alto desempeño Instalación de turbuladores que propicien un mejor arrastre del aceite lubricante en el evaporador Instalación de intercambiadores de calor produzcan un sub-enfriamiento del líquido al evaporador 69

70 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Refrigerante Instalación de gases refrigerantes de menor densidad y alto efecto de refrigeración. Por ser menos denso el refrigerante, éste trabajará a menores presiones, disminuyendo el trabajo en el compresor. Tal es el caso de la sustitución del refrigerante R-22, por gas hidrocarbonado HC22, mediante la cual se suelen conseguir ahorros de energía de entre 10 y 25%, 70

71 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Refrigerante Ventana de 36,000 Btu/h Unidad R-22 HC-22 Presión de Descarga Kg/cm Presión de Succión Kg/cm Potencia Eléctrica W 3,280 2,540 Efecto de Kcal/kg Capacidad de Btu/h 28,820 30,876 Rendimiento (EER) Btu/W-h Ahorro % 26% 71

72 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Refrigerante Paquete 120,000 Btu/h Unidad R-22 HC-22 Presión de Descarga Kg/cm Presión de Succión Kg/cm Potencia Eléctrica W 13,833 12,083 Efecto de Kcal/kg Capacidad de Btu/h 117, ,186 Rendimiento (EER) Btu/W-h Ahorro %

73 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Turbuladores Una buena alternativa de ahorro de energía consiste en instalar turbuladores antes del evaporador, de manera que se incremente la turbulencia del refrigerante, se mejore el arrastre del aceite lubricante, mejore la transferencia de calor en el evaporador, mejore la eficiencia del ciclo y se ahorro energía. Ahorros de entre 10 y 15%, se suelen obtener con el uso de estos dispositivos. 73

74 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Intercambiadores de Calor El intercambiador pone en contacto la tubería de aspiración y la de líquido a contracorriente de manera que se incremente el recalentamiento y el subenfriamiento. 74

75 Rendimiento del Equipo Mejoras al ciclo de refrigeración Intercambiadores de Calor Sub enfriamiento Presión Sobre calentamiento Δh' Δh Entalpía 75

76 Disminución de Ganancias de Calor Elementos arquitectónicos. Medidas recomendadas: Colocar materiales aislantes en muros y techos Aplicar acabados reflectivos en muros y techos Instalar cortinas en puertas y ventanas de vidrio Instalar elementos que produzcan sombra en puertas y ventanas Instalar dobles puertas o cortinas de aire en accesos de alto transito. Sellar hendiduras por donde se tengan infiltraciones 76

77 Disminución de Ganancias de Calor Cargas térmicas en el interior Medidas recomendadas: Sustituir los sistemas de iluminación, con equipos más eficientes Sacar de las áreas acondicionadas equipo y maquinaria que produzca calor Habilitar el modo de ahorro de energía a las computadoras personales Mantener des-energizados máquinas y equipos que no se estén utilizando. 77

78 Fin de Sesión Comentarios, dirigirse a: Ing. Ramón Rosas Moya Próxima sesión: Lunes 22 de Noviembre 9:00 a.m. hora de Quito 78