Evaluacin del sistema elctrico de edificios de propsito educativo con respecto al uso racional y eficiente de la energa elctrica
Evaluation of the electrical system of buildings for educational purposes with respect to the rational and efficient use of electrical energy
Avaliao do sistema eltrico de edificaes para fins educacionais quanto ao uso racional e eficiente da energia eltrica
Gilberto Holgun-Intriago I
gholguin1016@hotmail.es
https://orcid.org/0000-0002-8263-6218
Yolanda Llosas-Albuerne II
yolanda.llosas@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-5713-0565
Jess Prez-Rodrguez III
profesorjesusperez@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1578-2565
Correspondencia: gholguin1016@hotmail.es
Ciencias tcnicas y aplicadas
Artculos de investigacin
*Recibido: 16 de marzo de 2021 *Aceptado: 22 de abril de 2021 * Publicado: 15 de mayo de 2021
I. Estudiante de la Maestra en Ingeniera del Instituto de Posgrado de la Universidad Tcnica de Manab, Ingeniero Elctrico, Portoviejo, Ecuador.
II. Doctor en Ciencias Tcnicas, Ingeniero Electricista, Docente Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.
III. Doctor en Ciencias Mencin Instrumentacin, Ingeniero Electricista, Docente Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.
Resumen
El propsito de esta investigacin fue realizar la evaluacin del sistema elctrico de un edificio de propsito educativo con respecto al uso racional y eficiente de la energa elctrica. La investigacin se desarroll en la Facultad de Ciencias, Matemticas, Fsicas y Qumicas (FCMFQ), de la Universidad Tcnica de Manab. Metodolgicamente la investigacin es nivel descriptivo, tipo de campo. Las fases planteadas para lograr dicha evaluacin fueron: levantamiento del sistema elctrico, realizar mediciones elctricas, anlisis de mediciones elctricas realizadas, clculos tcnicos de consumos de energa elctrica, anlisis de costos por consumo energtico actual y medidas de uso racional y eficiente de la energa elctrica. La poblacin estuvo conformada por todos los equipos instalados que consumen energa elctrica en la FCMFQ. La recoleccin de datos se llev a cabo partiendo por la observacin directa y registro de todas las cargas conectadas a los circuitos elctricos del edificio de la FCMFQ, luego se realizaron las mediciones de parmetros elctricos con el analizador de RED Modelos PQ-Box 150, y a partir de esta informacin se realiz una categorizacin tarifaria de los costos por consumo energtico, as como, la cuantificacin de la cantidad de emisiones de CO2 producidas por consumo elctrico. El procesamiento de la data capturada, se llev a cabo por medio del software de evaluacin WinPQ mobile. Los resultados arrojaron que el consumo de energa mximo acumulado por da laborable es de 730 KWh, mientras que el mnimo es de 619 KWh, lo cual nos permite establecer un consumo promedio de 681 KWh por da, mientras que los fines de semana el consumo energtico promedio es de 65 KWh; a partir de esta informacin la energa mensual consumida en el edificio de la FCMFQ es de aproximadamente 14132,09262 KWh. Produciendo 6,372160561 tCO2e en un periodo de 28 das. Copyright 2009 Praise Worthy Prize S.r.l. - All rights reserved.
Palabras claves: Evaluacin del sistema elctrico; Consumo Energtico; Ahorro Energtico.
Abstract
The purpose of this research was to evaluate the electrical system of an educational purpose building with respect to the rational and efficient use of electrical energy. The research was developed at the Faculty of Sciences, Mathematics, Physics and Chemistry (FCMFQ) of the Technical University of Manab. Methodologically the research is descriptive level, type of field. The phases proposed to achieve this evaluation were: survey of the electrical system, carry out electrical measurements, analysis of electrical measurements made, technical calculations of electrical energy consumption, cost analysis for current energy consumption and measures of rational and efficient use of electrical energy. . The population was made up of all the installed equipment that consumes electrical energy in the FCMFQ. The data collection was carried out starting from the direct observation and recording of all the loads connected to the electrical circuits of the FCMFQ building, then the measurements of electrical parameters were carried out with the RED Analyzer Models PQ-Box 150, already Based on this information, a tariff categorization of energy consumption costs was carried out, as well as the quantification of the amount of CO2 emissions produced by electricity consumption. The processing of the captured data was carried out by means of the WinPQ mobile evaluation software. The results showed that the maximum accumulated energy consumption per working day is 730 KWh, while the minimum is 619 KWh, which allows us to establish an average consumption of 681 KWh per day, while on weekends the energy consumption average is 65 kWh; Based on this information, the monthly energy consumed in the FCMFQ building is approximately 14132.09262 KWh. Producing 6.372160561 tCO2e in a period of 28 days. Copyright 2009 Praise Worthy Prize S.r.l. - All rights reserved.
Keywords: Electrical system evaluation; Energy Consumption; Energy Savings.
Resumo
O objetivo desta pesquisa foi avaliar o sistema eltrico de um edifcio de finalidade educacional no que diz respeito ao uso racional e eficiente da energia eltrica. A pesquisa foi desenvolvida na Faculdade de Cincias, Matemtica, Fsica e Qumica (FCMFQ) da Universidade Tcnica de Manab. Metodologicamente a pesquisa de nvel descritivo, tipo de campo. As fases propostas para a realizao desta avaliao foram: levantamento do sistema eltrico, realizao das medies eltricas, anlise das medies eltricas efetuadas, clculos tcnicos do consumo de energia eltrica, anlise dos custos do consumo atual de energia e medidas de utilizao racional e eficiente da energia eltrica. . A populao foi composta por todos os equipamentos instalados que consomem energia eltrica na FCMFQ. A coleta de dados foi realizada a partir da observao direta e registro de todas as cargas conectadas aos circuitos eltricos do prdio da FCMFQ, em seguida as medies dos parmetros eltricos foram realizadas com o Analisador RED Modelos PQ-Box 150, j com base nessas informaes , foi realizada uma categorizao tarifria dos custos de consumo de energia, bem como a quantificao da quantidade de emisses de CO2 produzidas pelo consumo de eletricidade. O processamento dos dados capturados foi realizado por meio do software de avaliao mvel WinPQ. Os resultados mostraram que o consumo mximo de energia acumulado por dia til de 730 KWh, enquanto o mnimo de 619 KWh, o que nos permite estabelecer um consumo mdio de 681 KWh por dia, enquanto nos finais de semana a mdia de consumo de energia de 65 kWh; Com base nessas informaes, a energia mensal consumida no edifcio FCMFQ de aproximadamente 14132,09262 KWh. Produzindo 6,372160561 tCO2e em um perodo de 28 dias. Copyright 2009 Praise Worthy Prize S.r.l. - Todos os direitos reservados.
Palavras-chave: Avaliao do sistema eltrico, Consumo de energia, Economia de energia.
Introduccin
El dilema energtico a nivel mundial es una preocupacin comn en muchos sectores, residenciales, comerciales e industriales de la vida diaria, teniendo en cuenta que los pases industrializados tienen mayor consumo energtico y por ende una mayor cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero [1]. En este orden de ideas y enmarcado dentro del protocolo de Kyoto, se ha acordado reducir las emisiones de CO2, con el fin de obtener mejoras en el cambio climtico para estabilizar el CO2 a 450 ppm a nivel mundial [2]. En la actualidad, la intensificacin de la actividad humana en el mbito productivo y el quehacer cotidiano ha generado un aumento significativo en la emisin de gases de efecto invernadero, conduciendo al cambio climtico [3]. El aumento progresivo en el uso de electricidad est implcito en la vida diaria del ser humano en sus mltiples labores, por la necesidad de incrementar las horas de luz del da y preservar los alimentos refrigerados, entre otras aplicaciones [4].
Alrededor de dos tercios de las emisiones de gases de efecto invernadero en el mundo estn ligadas a la quema de combustibles fsiles que se usan para calefaccin, electricidad, transporte e industria [5]. La matriz energtica mundial indica que la mayor parte de las grandes centrales elctrica utilizan combustibles fsiles, se sabe que slo para el ao 2014, las emisiones mundiales de CO2 se situaron alrededor del 40% dado por el sector elctrico [6].
En este sentido, el concepto de huella del carbono, su anlisis, su origen, su relacin con los gases efecto invernadero, y sobre los procedimientos para cuantificarla son de suma importancia para determinar el impacto en el medio ambiente [7]. Por lo tanto, en la Comisin Nacional para el Uso Eficiente de la Energa, se incluyen los pasos bsicos para cuantificar las emisiones de GEI por consumo de combustibles fsiles en fuentes estacionarias, mviles y por consumo de energa elctrica [8]. Al analizar los criterios de clasificacin de emisiones en las principales metodologas de clculo de la HdC y se discute sobre los principales cuestionamientos a la HdC, sobre los temas a resolver y sus alternativas de solucin [9].
La Oficina Espaola de Cambio Climtico establece que, para calcular las emisiones de CO2 asociadas al consumo elctrico, debe aplicarse el factor de emisin atribuible a la comercializadora con la que se tenga contratado el suministro elctrico para el ao de clculo [10]. Segn el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climtico (IPCC), el cual tiene como misin evaluar la informacin cientfica, tcnica y socioeconmica relevante para el entendimiento de los riesgos e impactos planteados por el cambio climtico, en este sentido el factor de emisin es un coeficiente que relaciona los datos de actividad con la cantidad del compuesto qumico correspondientes a un determinado nivel de actividad en un conjunto dado de condiciones de funcionamiento [11] - [12] - [13].
Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), por consumo de electricidad, se calculan multiplicando una cantidad determinada de MWh consumida por el factor de emisin correspondiente [8]. El Factor de emisin de CO2 es la masa estimada de toneladas de CO2 emitidas a la atmosfera, por cada unidad de MWh de energa elctrica generada en base a la combustin de combustible fsil [14].
El sector elctrico ecuatoriano en el ao 2012 utiliz 18,7 Mbep en combustibles para la generacin de electricidad a travs de su parque termoelctrico. La cantidad antes sealada puede desglosarse de la siguiente manera: 6.8 Mbep (36,5%) de fuel oil; 3,7 Mbep (19,9%) gas natural; 3,3 Mbep (17,4%) diesel; 1,7 Mbep (9,0%) de residuo; 1,5 Mbep (7,9%) de bagazo; 1,7 Mbep (9,3%) de otros. La produccin de energa elctrica (servicio pblico y no pblico) en el Ecuador durante el 2012, en unidades elctricas, alcanz el valor de 23.085 GWh (Gigavatio hora) (23,08 TWh (Teravatios hora)), mismo que expresado en su equivalente fue de 26,6 Mbep, lo que represent el 11,1% de la oferta de energa (240,2 Mbep), as como tambin el 26,4% del consumo interno de energa (100,7 Mbep). La generacin hidroelctrica fue de 12.238 GWh (53,0%); termoelctrica 10.311 GWh (44,7%); biomasa 296 GWh (1,3%); interconexin internacional 238 GWh (1,0%); y otros 2 GWh (0,0%) [15] - [16].
El desarrollo energtico consiste en al aumento de la provisin y el uso de los servicios energticos, y es un aspecto clave del desarrollo econmico [17]. La eficiencia energtica y el desarrollo de energas renovables son los principales instrumentos para conseguirlo [18]. Las energas renovables, tales como la solar o elica, debido a su naturaleza intermitente, no permiten un suministro a la medida de las necesidades, ya que la cantidad de energa generada no puede ni predecirse ni planificarse, aun cuando se han realizado importantes avances en la prediccin a corto plazo [19].
El enfoque de las energas renovables est direccionado en el desarrollo energtico sostenible, dando paso al cambio del modelo de matriz de la eficiencia energtica [20]. Existiendo muchos estudios de las alternativas tecnolgicas para mejorar las fuentes tradicionales de energa que en la actualidad se encuentra colapsada teniendo un impacto en aumento con la relacin de la contaminacin ambiental, estudiando alternativas con menores costos de operacin utilizando los recursos naturales [21]. La necesidad del hombre de utilizar todas las fuentes de energas, ha permitido en la actualidad utilizar la radiacin solar como la principal fuente de energa primaria, inagotable, no contamina territorialmente distribuida y su disponibilidad potencial es muy superior [22].
Ecuador tiene el privilegio de poseer grandes recursos renovables que an no han sido explotados completamente, por la an dependencia de combustibles fsiles para la generacin de energa elctrica. Las plantas trmicas constituyen una gran parte de la matriz elctrica del pas, provocando daos que tendrn que ser reparados ineludiblemente con la transicin energtica, es decir con la mayor produccin de energa proveniente de fuentes renovables [23].
Ahora bien, en Ecuador a partir del 2008 la Constitucin de la Repblica del Ecuador estableci, que el estado impulsar la eficiencia energtica, el desarrollo, uso de prcticas y tecnologas ambientalmente limpias y sanas, as como de energa renovable [20]. El Plan Nacional de Eficiencia Energtica 2016-2035 (PLANEE), se plantea como una continuacin de los planes estratgicos referentes a la eficiencia energtica en el Ecuador, que tuvo aplicacin en el periodo 2007-2015 (cocinas de induccin, cambio de luminarias incandescentes a fluorescentes compactas LCF en el mbito domstico; en el pblico, cambio de alumbrado, educacin ciudadana) [24]. Se basa en las experiencias previas y selecciona las mejores propuestas aplicables a la realidad Ecuatoriana, de las prcticas internacionales de uso y aprovechamiento de tecnologas. En la Gua prctica para el Uso eficiente de la energa elctrica en el Ecuador, del 2016, el Ministerio de Electricidad y Energa Renovable, aparte de incentivar la eficiencia energtica, desarrolla un compendio de Reglamentos Tcnicos Ecuatorianos vigentes [25].
El MEER, estableci una serie de estrategias para el cambio de la matriz energtica del Ecuador [26]. Este documento, elaborado por un ministerio sectorial, incluye un anlisis de todos los sectores de la energa tanto en temas de oferta y demanda y en todas las fuentes de energa primaria, inclusive los hidrocarburos.
El sector educativo ecuatoriano no escapa del incremento paulatino en el consumo de energa elctrica, sus edificaciones cada da cuentan con ms equipamiento para aumentar el confort y los niveles de aprendizaje, adicionalmente en muchas ocasiones un factor que se subestima es la eficiencia energtica y los beneficios que podra representar, lo cual permitira disminuir los pagos de facturas por consumos energticos y las emisiones de CO2 a la atmsfera.
Se tom como caso estudio el edificio de la Facultad de Ciencias, Matemticas, Fsicas y Qumicas (FCMFQ), de la Universidad Tcnica de Manab (UTM), la cual es una institucin pblica ubicada en la ciudad de Portoviejo, y esta fue fundada en octubre de 1952; posee plena soberana para organizarse dentro de las disipaciones de la Constitucin de la Repblica del Ecuador. La FCMFQ fue creada el 13 de octubre de 1958, est conformada por los Departamentos de: Departamento de Ingeniera Mecnica, Departamento de Ingeniera Industrial, Departamento de Procesos Qumicos, Departamento de Ingeniera Elctrica y Departamento de Construcciones Civiles.
El crecimiento poblacional del nmero de estudiantes dentro de la facultad y de la cantidad de programas de estudio con mltiples horarios de clases durante el da, implica un considerable consumo energtico producto de la demanda instalada de las diferentes cargas elctricas en la edificacin y que son destinadas en su mayora a sistemas de iluminacin, sistemas de climatizacin por medio de aires acondicionados y salas de computacin, entre otras.
Desde el punto el vista cientfico se ha venido evidenciando que la Universidad objeto de estudio carece de un Sistema de Gestin Energtica en el cual se apliquen medidas conjuntas que integren hbitos de consumo, actualizaciones tecnolgicas, aprovechamiento de la luz natural, as como la incorporacin de fuentes alternas de energa. En este sentido no se estn implementando medidas de ahorro energtico que permitan favorecer el progreso econmico y medio ambiental de los edificios de propsito educativo, con planes de manejo responsable de la energa, aplicados a corto, mediano y largo plazo.
En virtud de lo descrito anteriormente, en el caso especfico del edificio de la FCMFQ de la UTM, se requiere la Evaluacin del Sistema Elctrico de la edificacin con respecto al uso racional y eficiente de la energa elctrica, que permitan realizar las recomendaciones pertinente con miras a promover cambios en el sistema elctrico, para obtener un mejor aprovechamiento de los recursos energticos y as contribuir al medio ambiente, reduciendo la huella de carbono, siendo uno de los principales gases de efecto invernadero, que son responsables del cambio climtico; adems que tambin permite reducir los costos de los servicios por medio de ms activacin de las energas limpias y a su vez cumplir con los estndares nacionales e internacionales del uso racional y eficiente de la energa elctrica.
El propsito de esta investigacin fue evaluar el sistema elctrico de un edificio de propsito educativo, con miras a sentar los puntos de partida necesarios para desarrollar metodologas y polticas de actuacin de un sistema de gestin energtica aplicable a edificaciones dedicadas al sector educacional, con la finalidad de disminuir el consumo de energa y la demanda de potencia, para obtener beneficios econmicos disminuyendo los pagos energticos y ambientales atenuando las emisiones de CO2 a la atmsfera.
Para lograr dicha evaluacin es necesario, caracterizar el consumo energtico de edificios de propsito educativo, a partir del anlisis del equipamiento instalado en la actualidad, as como determinar los componentes del sistema energtico incluyendo las prestaciones que otorgan centrales fotovoltaicas, en inters del ahorro de recursos y la eficiencia energtica
Materiales y Mtodos
En esta seccin se detalla las estrategias metodolgicas para el levantamiento de la informacin y lograr la evaluacin de los consumos energticos dentro de un establecimiento o edificio, considerando un correcto anlisis de demanda mxima y la carga total conectada, as como, los hbitos energticos los cuales son claves para el uso racional y eficiente de la energa elctrica en edificios de propsito educativo. En la figura 1 se refleja un diagrama de bloques, con los diferentes pasos requeridos para lograr la evaluacin del sistema elctrico de edificios de propsito educativo con respecto al uso racional y eficiente de la energa elctrica, donde se observa una serie de actividades para cumplir en cada una de las fases que contempla la propuesta.
Figura 1: Diagrama del modelo de Evaluacin del sistema elctrico de un edificio de propsito educativo
Fuente: El Autor (2021)
Evaluacin del sistema elctrico de un edificio de propsito educativo
1. Levantamiento del sistema elctrico
En esta fase se recorri toda la infraestructura para actualizar los planos arquitectnicos de las instalaciones civiles e inspeccionar superficialmente las instalaciones, a la vez que se censan todos los equipos consumidores de energa, con la finalidad de determinar el conjunto de cargas y los parmetros elctricos de los equipos instalados en el edificio de la FCMFQ. Esto fue requerido en virtud de que la FCMFQ tiene 63 aos de funcionamiento, este levantamiento fsico permiti determinar la demanda mxima instalada en el edificio y con ello estableci los tipos de cargas que presentan mayor consumo elctrico, el anlisis de esta informacin brindara los caminos adecuados para disear planes de gestin energtica y de uso racional y eficiente de la energa que mitiguen la contaminacin ambiental por reduccin de las emisiones de CO2, producto del consumo de energa elctrica dentro de la facultad.
Es significativo indicar que para gestionar la informacin recopilada se generaron cuadros tcnicos en Excel denominados: Demanda Instalada, Circuitos Derivados y Distribucin del Consumo por piso y por ambiente. Lo cual permitir elaboracin de grficos de circulares y de barras segn la distribucin del consumo energtico. Las tablas de datos de las cargas elctricas actuales y de reingeniera detallarn en su totalidad los equipos instalados en las aulas, laboratorios, salas de cmputo y pasillos de la facultad, los cuales podrn ser revisados a detalle en el captulo de resultados respectivamente del presente trabajo de investigacin. En funcin de este anlisis preliminar la informacin recopilada se resume en fichas de registro, en base a sistema de luminarias, sistemas de aires acondicionados, sistemas de tomacorrientes y otras cargas especiales.
2. Mediciones elctricas
Posteriormente se realizan mediciones elctricas para determinar el consumo energtico de la edificacin. Se utilizara el equipo de medicin analizador de red Modelo PQ-Box 150 marca a-eberle [27]. Este se conectar en el interruptor principal del edificio de la FCMFQ, con miras a obtener informacin precisa del consumo de energa elctrica, se realizar un registro correspondiente a dos semanas de funcionamiento, guardando parmetros elctricos de corriente, tensin, potencia, energa entre otros con un intervalo de 600s.
3. Anlisis de las mediciones realizadas
Todas las mediciones elctricas que se realizarn, se guardarn en una memoria USB, y se llevarn a un computador, esta data permitir al software de evaluacin WinPQ mobile realizar grficos de corriente efectiva, corriente promedio, factor de potencia, potencia real, potencia aparente, la energa acumulada, estimacin del CO2 entre otros parmetros importantes para el anlisis y discusin de los resultados.
A partir de estos grficos se podr obtener el perfil de consumo elctrico, sus tiempos de operacin con el fin de establecer: La potencia mxima, el nmero de horas al que se demanda energa, entre otros aspectos importantes.
4. Clculos tcnicos del consumo de energa elctrica
Clculos Tcnicos de Consumo de energa elctrica, a partir de la indagacin previamente realizada con lo cual determinamos consumo inicial de la edificacin por reas basados en un levantamiento elctrico de cargas de la edificacin. En este sentido para determinar la situacin energtica actual en el edificio, es necesario gestionar a partir de las mediciones elctricas y las anotaciones previas de las cargas elctricas. Se realizarn clculos tcnicos del consumo de energa elctrica de la edificacin, con la finalidad de conocer puntos de mayor consumo energtico, niveles de produccin de CO2 debido al periodo de tiempo que operan.
Este anlisis tcnico de consumo energa elctrica estar basado en los tipos de cargas, lo cual permitir direccionar nuestro estudio hacia los circuitos ms comunes tales como: los de iluminacin, las unidades de aires acondicionados, entre otras cargas elctricas presentes en la edificacin.
5. Anlisis de Costos por Consumo Energtico Actual
Se realizar una indagacin referente a las facturas de pago a la Empresa ELCTRICA DE GUAYAQUIL CNEL EP, que suministra el servicio hacia la Universidad Tcnica de Manab, con el fin de determinar el consumo de energa elctrica y las emisiones de CO2 actuales.
6. Medidas de uso racional y eficiente de la energa elctrica
Las medidas o propuestas tienen la finalidad de disminuir el consumo de energa y la demanda de potencia, para obtener beneficios econmicos. Para establecer las medidas de ahorro energtico se toma en cuenta el estudio realizado en cuanto a la caracterizacin del consumo elctrico.
Programa general de la investigacin
La investigacin se desarroll durante el ao 2020 hasta marzo 2021 dentro de la Facultad de Ciencias, Matemticas, Fsicas y Qumicas (FCMFQ), de la Universidad Tcnica de Manab (UTM), tiene un nivel descriptivo y analtico, en virtud que toda la bsqueda de informacin se inici con la observacin directa en el sitio, para verificar los niveles de la demanda de consumo de energa elctrica actual, lo cual ayud a determinar indicadores reales de consumo energtico de los sistemas de aires acondicionados, salas de computo, sistemas de Iluminacin, entre otros, que sern evaluados con respecto al uso racional y eficiente de la energa elctrica.
Tabla 1: Tareas para el desarrollo del programa de investigacin
Tarea |
Objeto de estudio |
Aspectos Analizados |
Instrumentos |
1 |
Levantamiento del Sistema Elctrico de la FCMFQ |
Inspeccin de las instalaciones (nmero de espacios fsicos en el edificio propsito educativo) |
Cuaderno de notas Cmara fotogrfica |
Determinar el conjunto de cargas y los parmetros elctricos (equipos elctricos instalados) |
Fichas tcnicas de los equipos |
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Registro de las cargas elctricas en los planos arquitectnicos |
Software Auto-CAD |
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2 |
Mediciones elctricas realizadas en la FCMFQ |
Caractersticas tcnicas del Analizador de RED |
Manual del equipo analizador de redes PQ-Box 150 |
Registro de los parmetros elctricos (tensin, corriente, entre otros) |
Analizador de redes PQ-Box 150 |
||
Registro de la calidad de energa en el edificio de la facultad |
Analizador de redes PQ-Box 150 |
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3 |
Clculos Tcnicos de Consumo de energa elctrica |
Distribucin de la carga elctrica de la edificacin (segn el nmero de plantas, aulas, oficinas y pasillos). |
Hoja de clculo |
Anlisis Tcnicos en Circuitos de Iluminacin (Tipos de lmparas utilizadas y tiempos de utilizacin) |
Hoja de clculo |
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Anlisis Tcnicos de unidades de Aires Acondicionados (Tipo de Gas Refrigerante, Tiempos de utilizacin) |
Hoja de clculo |
||
Anlisis Tcnicos en Circuitos de Tomas Corrientes (Tipo de cargas y Tiempos de utilizacin) |
Hoja de clculo |
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4 |
Anlisis de Costos por Consumo Energtico Actual |
Estudio de los consumos energticos facturados |
Recibos de pago, hoja de calculo |
Comparacin terico practico en relacin a los pagos consumos energtico provenientes de las mediciones y los facturados |
Hoja de clculos tcnicos comparativos |
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Comparacin terico practico en relacin a consumos facturados y los provenientes de las mediciones para determinar las cantidades de CO2 |
Hoja de Clculos tcnicos comparativos |
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5 |
Medidas del uso racional y eficiente de la energa en edificios de propsito educativo |
Medidas de hbitos de ahorro energtico |
Cuaderno de notas |
Medidas tcnico - tecnolgicas |
Cuaderno de notas |
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Evaluacin tcnica basndose en cuatro principios: pagar menos por la energa, invertir en tecnologas ms eficientes, hacer buen uso de la energa y maximizar la eficiencia desde el diseo. |
Hoja de Clculo de costo-beneficio. |
Fuente: El Autor (2021)
La informacin se obtiene de una poblacin conformada por todos los equipos instalados que consumen energa elctrica en el edificio de la FCMFQ. En este sentido, se puede afirmar que son la totalidad de las cargas elctricas alimentadas por el tablero principal (TDP #1), entre las que se encuentran: luminarias, unidades de aires acondicionados, tomacorrientes y otras cargas menores adscritas al edificio de la FCMFQ. La FCMFQ tiene una edificacin conformada por: 4 pisos, 1 azotea, 32 aulas con capacidad de 40 estudiantes, 2 Laboratorios de cmputo con capacidad de 40 computadoras desktop, 1 Auditorios Multiusos con capacidad para 150 personas, 1 Ascensor para 8 personas y 12 oficinas docentes con capacidad para 4 personas cada una.
Para seleccionar la muestra de datos respecto al consumo energtico, se realiz el muestreo no aleatorio o de juicio, con las medidas tomadas durante dos semanas del mes, son suficientes para estimar el patrn de uso en edificios de propsito educativo, dado que los mismos tienen comportamientos de uso diario ajustados a horarios de clases previamente establecidos. El registro de data se realiz durante un periodo de evaluacin de 13 das, 23 horas y 10 minutos, desde 25 de noviembre de 2019 a las 8:11 am, hasta el 09 de diciembre de 2019 a las 7:30 am, se program el equipo PQ-Box 150, para realizar dichas mediciones, se registr una serie de parmetros elctricos secuenciales tomando datos cada 600s, lo que equivale a 2011 mediciones, informacin pertinente requerida para la evaluacin.
La recoleccin de datos se llev a cabo en varias fases, partiendo por la observacin directa y registro de todas las cargas conectadas a los circuitos elctricos del edificio de la FCMFQ, luego se realiz una serie de mediciones de parmetros elctricos con el analizador de RED Modelos PQ-Box 150, equipo de medicin y registro de consumo de energa, clculos tcnicos para una mejor comprensin del consumo energtico del edificio por rea, y a partir de esta informacin se efecto una categorizacin tarifaria de los costos por consumo energtico, as como, las cuantificacin de la cantidad de emisiones de CO2 producidas por consumo elctrico. El procesamiento de la data capturada con el analizador de red PQ-Box 150, se llev a cabo por medio de la utilizacin del software de evaluacin WinPQ mobile.
Resultados
Para definir el perfil de consumo elctrico es necesario obtener el comportamiento del sistema por medio de fichas tcnicas para la observacin y anotacin de cargas y sus tiempos de operacin adems del registro de los parmetros elctricos por medio analizador de redes PQ-Box 150; este anlisis es con el fin de establecer: La potencia mxima, el nmero de horas al que se demanda energa, entre otros aspectos importantes. Toda la informacin recopilada permitir sealar el camino a tomar para establecer las estrategias de gestin ambiental a seguir, basados en los anlisis tcnico econmico de factibilidad del proceso.
El edificio de la FCMFQ, posee un transformador trifsico tipo pedestal de 250 KVA, que alimenta la totalidad de las cargas en sus instalaciones, la proteccin principal del tablero de distribucin se realiza con un interruptor automtico Schneider Electric de caja moldeada de 3 polos y 630 Amperes , de este derivan los circuitos asociados a la Planta N+44.75 (Planta Baja PB), Planta N+48.45 (1er Piso P1), Planta N+51.65 (2do Piso P2), Planta N+54.85 (3er Piso P3), Planta Terraza N+58.05 (Terraza PT o Azotea). En la siguiente figura se muestra, el equipo de medicin analizador de red PQ-Box 150, conectado al interruptor principal del edificio de la FCMFQ, con miras a obtener informacin precisa del consumo de energa elctrica.
Figura 2: Medicin de energa realizada en el edificio de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
En la ficha de registro se detallan las cargas instaladas y que son alimentadas por el tablero principal (TDP #1), entre las que se encuentran: luminarias, unidades de aires acondicionados, tomacorrientes y otras cargas menores; stas resumen el levantamiento elctrico realizado y posterior digitalizacin de la informacin recopilada, en la siguiente tabla se identifican en base al consumo energtico cuatro tipos de cargas: sistemas de luminarias, sistemas de aires acondicionados, sistemas de tomacorrientes y otras cargas menores.
Tabla 2: Ficha de registro de cargas elctricas con consumo del edificio
|
Ambiente |
Sistemas de Luminarias |
Aires Acondicionados |
Toma Corrientes |
Otras Cargas Especiales |
||||||
|
|
Tipo |
Potencia |
Cant. |
Cant. |
BTU |
Cant. |
Equip. |
Potencia |
Cant. |
Potencia |
Planta Terraza |
Terraza |
Reflectores |
400 W |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
Ascensor |
Fluorescente |
2x18 W |
1 |
|
|
|
|
|
Motor |
4,5 KW |
|
Planta Baja
(PB) |
Aula 1 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
Aula 2 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 3 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 4 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 5 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
S. Computo 1 |
LED |
3x18 W |
16 |
1 |
60000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
Computadora |
180 W |
|
|
||
S. Computo 2 |
LED |
3x18 W |
16 |
1 |
60000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
Computadora |
180 W |
|
|
||
C. Telecom |
LED |
3x18 W |
1 |
1 |
12000 |
1 |
Equip. Telecom |
1 KW |
|
|
|
Auditorio (Usos Mltiples) |
LED |
3x18 W |
16 |
1 |
60000 |
1 |
Proyector |
180 W |
|
|
|
|
|
|
2 |
18000 |
2 |
TV Plasma 42 |
58 W |
|
|
||
Fachada |
Fluorescente |
1x42 W |
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Baos PB |
LED |
3x18 W |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pasillo PB |
LED |
2x18 W |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Planta 1
(1er Piso) |
Aula 6 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
Aula 7 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 8 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 9 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 10 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Oficina 1 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 2 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 3 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 4 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 5 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 6 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 7 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 8 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 9 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 10 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 11 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
Oficina 12 |
LED |
3x18 W |
4 |
1 |
12000 |
1 |
Computadora |
180 W |
|
|
|
C. Telecom |
LED |
3x18 W |
1 |
1 |
12000 |
1 |
Equip. Telecom |
1 KW |
|
|
|
Baos P1 |
LED |
3x18 W |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pasillo P1 |
LED |
2x18 W |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Planta 2
(2do Piso) |
Aula 11 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
Aula 12 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 13 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 14 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 15 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 16 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 17 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 18 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 19 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 20 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 21 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
C. Telecom |
LED |
3x18 W |
1 |
1 |
12000 |
1 |
Equip. Telecom |
1 KW |
|
|
|
Baos P2 |
LED |
3x18 W |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pasillo P2 |
LED |
2x18 W |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Planta 3
(3er Piso) |
Aula 22 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
Aula 23 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 24 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 25 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 26 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 27 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 28 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 29 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 30 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 31 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
Aula 32 |
LED |
3x18 W |
8 |
1 |
18000 |
1 |
Proyector |
220 W |
|
|
|
C. Telecom |
LED |
3x18 W |
1 |
1 |
12000 |
1 |
Equip. Telecom |
1 KW |
|
|
|
Baos P3 |
LED |
3x18 W |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pasillo P3 |
LED |
2x18 W |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
Fuente: El Autor (2021)
Entre los parmetros elctricos medidos tenemos: tensin, corriente, potencia activa, potencia reactiva, energa, contenido armnico entre otros. Estos datos medidos permiten establecer, el perfil de comportamiento en el consumo de energtico; por lo cual se realiz un registro continuo de 13 das, 23 horas y 10 minutos, a partir de esto determinamos que los niveles ms altos de consumo se registran los das laborables de lunes a viernes, entre 07:40 horas y las 16:00 horas, en donde el mximo pico se registra a 09:30 horas, entre 13:00 horas y las 14:30 horas registro una baja producto de la hora de almuerzo, mientras el consumo energtico mnimo de un da laborable se registran despus de las 21:00 horas hasta las 06:00 horas, teniendo en cuenta que sbado y domingo se registran los consumos energticos mnimos.
En figura 3, se muestra la Potencia Activa grabada durante 13 das, 23 horas 10m realizada en el edificio de la FCMFQ, se observa que cierta similitud entre un da y otro, debido al uso de los espacios acadmicos, adems hay un desbalance en los consumos de potencia en cada fase del tablero, lo que evidencia una corriente de neutro diferente de cero, por la gran cantidad de cargas monofsicas presente en el edificio.
Figura 3: Medicin Potencia Activa grabada durante 13 das, 23 horas 10m en el edificio de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
El consumo de corriente de lnea absorbida por el tablero principal vara a lo largo de un da laborable entre lunes y viernes, en la siguiente figura tenemos el comportamiento de un da mircoles, podemos observar que hay un desbalance en las corrientes del tablero, en donde se evidencia una corriente de neutro diferente de cero. Cabe sealar que el edificio registra un factor de potencia inductivo debido a las cargas de iluminacin y las de aires acondicionados entre otros. El consumo de energa mximo acumulado por da laborable es de 730 KWh, mientras que el mnimo es de 619 KWh, lo cual permite establecer un consumo promedio de 681 KWh por da, mientras que los fines de semana el consumo energtico promedio es de 65 KWh; a partir de esta informacin la energa mensual consumida en el edificio de la FCMFQ es de aproximadamente 14132,09262 KWh.
Figura 4: Medicin de corriente de lnea efectiva grabada el 27/11/2019 en el edificio de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
En funcin a las exploraciones y la informacin recopilada previamente se fundamenta matemticamente la realidad del entorno, por medio de Clculos Tcnicos del Patrn de Consumo Actual de Energa Elctrica que corresponde a la edificacin, de forma tal que se identifican los puntos de mayor consumo energtico basado al tipo de cargas y los horarios de trabajo, identificados durante el levantamiento del sistema elctrico. Para una mejor comprensin del perfil energtico, se ha dividido el consumo mensual del edificio de la FCMFQ, entre las cargas identificadas, las ms resaltantes son: sistemas de iluminacin, sistemas de aires acondicionados, circuitos de toma corriente general y otras cargas espaciales. A partir de esta informacin y como se observa en la figura 5 se define que la carga crtica es por el consumo de los aires acondicionados, seguido del sistema de iluminacin.
Figura 5: Distribucin del Consumo de energtico diario de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
Tabla 3: Distribucin del Consumo de energtico mensual de la FCMFQ
Tipo de Cargas Elctricas |
Consumo Energtico (KWh) |
||||||||
|
Lunes |
Martes |
Mircoles |
Jueves |
Viernes |
Sbado |
Domingo |
Semanal |
Mensual |
Sistemas de Luminarias |
281,574 |
253,228 |
267,72 |
271,667 |
241,392 |
33,948 |
29,201 |
1378,73 |
5514,92 |
Aires Acondicionados |
351,858 |
316,437 |
334,546 |
339,478 |
301,646 |
17,474 |
15,031 |
1676,47 |
6705,88 |
Toma Corrientes |
91,406 |
82,204 |
86,909 |
88,19 |
78,362 |
14,663 |
12,613 |
454,347 |
1817,388 |
Cargas Especiales |
3,496 |
3,144 |
3,324 |
3,373 |
2,997 |
3,839 |
3,302 |
23,475 |
93,9 |
Total Consumo Actual de Energa Elctrica |
728,334 |
655,013 |
692,499 |
702,708 |
624,397 |
69,924 |
60,147 |
3533,022 |
14132,088 |
Fuente: El Autor (2020)
El edificio de la FCMFQ alberga gran cantidad de aulas de clases, oficinas docentes, laboratorios de computacin, entre otros; por lo que se debe considerar del consumo segn el tipo de actividad que se realiza. Tomando en cuenta que las aulas de clases y las oficinas docentes poseen un sistema de iluminacin compuesto por luminarias tipo LED 3x18W (3 tubos de 18W), mientras que en los pasillos hay luminarias 2x18W (2 tubos de 18W); la iluminacin exterior de la fachada del edificio es por medio de postes de iluminacin de 42 W y con reflectores vapor de sodio de 400W. Otro aspecto de mayor consumo energtico en la edificacin lo representan las aires acondicionados, todo esto sustentado por la informacin recopilada en los tems anteriores, fundamentados en el levantamiento de la informacin preliminar, en los cuales oficinas y aulas de clases tiene unidades de 18000 BTU/h mientras el auditorios cuenta con unidades de 60000 BTU/h; en los circuitos de toma corriente hay diferentes cargas que son variables, pero las ms significativas las representaremos por equipos audiovisuales tales como, computadores y proyectores (Video Beam) que se encuentran en las aulas de clases como principal herramienta de trabajo; todas esta cargas elctricas se encuentran en funcionamiento continuo de lunes a viernes desde las 07:30 horas hasta las 18:00 horas, mientras los fines de semana registran un bajo consumo energtico.
Figura 6: Distribucin del Consumo de energtico diario por ambiente en el edificio de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
Un aspecto importante dentro de la caracterizacin del consumo elctrico es el anlisis de las cargas crticas, en este caso definimos los lugares que mayor consumo energtico, entre las que resaltan las Aulas (50%), Sala de Computo (14%), Oficinas docentes (11%), Auditorio de Usos Mltiples (4%) y las reas Comunes compuestas por pasillos, baos y los cuarto de Telecomunicaciones (21%). Identificando que en estos espacios acadmicos se usan de manera continua durante la jornada de trabajo. Partiendo de la informacin analizada, se determin las emisiones de CO2 actuales que posee el edificio de la facultad, a partir del factor promedio nacional de emisiones de CO2e por consumo de electricidad, cuyo valor es de 0.4907 tCO2/MWh para el ao 2017, de 0.5319 tCO2/MWh para el ao 2018 y de 0.4509 tCO2/MWh para el ao 2019. [28]. Adems, el cargo por comercializacin del servicio elctrico es de 0,09 USD, considerando el pliego tarifario de las empresas elctricas y la Agencia de Regulacin y Control de Electricidad (ARCONEL), lo que implica un gasto mensual en la factura por consumo energtico de 1271,90 USD. Como se observa en la siguiente figura tenemos un total de emisiones de 6,372160561 tCO2e acumuladas en un periodo de 28 das.
Figura 7: Emisiones de CO2 por consumo de electricidad de la FCMFQ
Fuente: El Autor (2021)
Una vez obtenido el perfil de consumo energtico e identificadas los lugares con cargas crticas en sistemas de iluminacin y aires acondicionaos del edificio de propsito educativo, debemos establecer algunas estrategias que permitan el uso racional de energa y la proteccin ambiental mediante el anlisis costo-beneficio. Estos datos de los consumos energticos instalados permiten direccionar estrategias para la reduccin de elevados consumos de energa elctrica que demanda la facultad.
Medidas de ahorro energtico para el edificio de propsito educativo
Las medidas de ahorro energtico tienen el propsito de disminuir el consumo de energa y la demanda de potencia para obtener beneficios econmicos y ambientales. Para establecer estas medidas en la FCMFQ se tom en cuenta la evaluacin del sistema elctrico, en donde se identificaron las cargas crticas y se clasificaron las zonas del edificio con el fin de identificar los espacios adecuados para la aplicacin de los distintos mtodos de ahorro. La categorizacin de los ambientes en los edificios de propsito educativo, segn su nivel de utilizacin es de vital importancia para proyectar las diferentes medidas de ahorro, ya que los lugares de mayor consumo pueden ser utilizados de manera continua o espordica, teniendo en cuenta el aporte de luz del sol en los diferentes espacios. Adems, para reducir las emisiones de CO2 por consumo de energa elctrica, se debe trabajar de manera conjunta en el uso racional y eficiente de la energa. En este sentido para lograr el ahorro y la eficiencia energtica es necesario adoptar medidas que conllevan a un cambio en los hbitos de consumo, cambios de de carcter tecnolgico y sustitucin de fuentes de energa contaminantes, adems del cumplimiento de las normativas, fiscales y de gestin vigentes.
Las medidas de los cambios en los hbitos de consumo energtico, estn fundamentadas en una cultura del ahorro y de un consumo responsable a la hora del uso de los espacios acadmicos; para propiciar el cambio de cultura es necesario llevar a cabo campaas con miras a fomentar la concienciacin ciudadana, la difusin, la divulgacin y la formacin en medidas del uso racional y eficiente de la energa. Se recomienda la realizacin de capacitaciones acerca del cuidado del ambiente y la importancia de ahorrar energa, las charlas deben dirigirse a: encargados de mantenimiento, docentes, estudiantes y personal en general. Entre los hbitos de consumo resaltan, para los sistemas de iluminacin: apagar luces innecesarias y el aprovechamiento de la luz natural, resulta ms gratificante y es gratuita, seleccionar las bombillas adecuadas a las necesidades del ambiente; para los espacios con aires acondicionados se recomienda que si se puede, se prescinda, y en los casos que no, est se programe a una temperatura confortable de 23C; para los equipos ofimticos presentes en los edificios de propsito educativo se recomienda que se, apaguen completamente si no van a ser usados en ms de media hora, apagar siempre el monitor del computador, aunque sea para unos minutos, apagar la impresora y la fotocopiadora cuando no est en uso, se recomienda utilizar el ascensor lo menos posible.
Las medidas de carcter tecnolgico estn orientadas a reducir el consumo energtico, a travs de la incorporacin de:
Propuesta de cambios, sustituciones y actualizaciones tecnolgicas de equipos, mediante sistemas de iluminacin de bajo consumo con la letra A en color verde en su etiquetado energtico, se recomienda sustituir todas las luminarias por tecnologa LED de alto brillo, una vez identificado equipos de aires acondicionados que cuenten con tecnologas obsoletas y gas refrigerante R-22; se debe sustituir por equipos que trabajen con el refrigerante R410A que adems es amigable con el medio ambiente; en este sentido se recomienda utilizacin de tecnologas con SEER de 13 porque esto influye en una considerable mejora de la eficiencia energtica. Remplazo de los equipos de oficina monitores, impresora, fotocopiadora, proyectores entre otros, por equipos de alto rendimiento.
Propuesta de gestin y optimizacin para el manejo de cargas elctricas, entre las cuales se destacan el control para la desconexin de los circuitos no prioritarios, circuitos de control de la iluminacin de las instalaciones, por medio de reguladores electrnicos, minuteros, detectores de movimiento y presencia, interruptores especficos, interruptores crepusculares entre otros.
Circuitos para control de Aire Acondicionado mediante termostatos, programadores horarios, entre otras tecnologas. Circuito de control para el bombeo de agua mediante programadores horarios, variadores de velocidad.
Propuesta de aprovechamiento de luz natural y otras fuentes renovables de energa, por medio de un sistema de control de las persianas en las ventanas de aulas de clases y oficinas, posibilidad de penetracin de fuentes renovables de energa (FRE) por medio de paneles fotovoltaicos distribuidos.
Las medidas normativas obligan a los consumidores a cumplir una serie de normas (ordenanzas y decretos) vigentes establecidos por Ministerio de Electricidad y Energa Renovable.
Las Medidas de gestin tomadas fueron una serie de iniciativas destinadas a mejorar la eficiencia energtica a partir de los requisitos del estndar ISO 50001 con miras a la disminucin del consumo energtico.
Anlisis comparativo de las estrategias propuestas de actuacin energtica
La estrategia energtica N1 (EE N1) no implica ningn tipo de inversin monetaria, dado que se basa en un cambio paulatino de los hbitos de consumo mediante el uso racional y eficiente de la energa logrando con esta medida una reduccin aproximada de un 13,14 % y dejando de emitir a la atmosfera 0,838 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N2 (EE N2 Luminaria) correspondiente al cambio de tecnologa remplazando de bombillos fluorescentes de 42W, por bombillos de tecnologa LED de 20W, as como el cambio de los reflectores por un kit LED de 100W, con un costo monetario de 150 $, y se obtiene una reduccin aproximada de un 3 % y dejando de emitir a la atmosfera 0,192 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N2 (EE N2 A.A) correspondiente al cambio de tecnologa utilizada en los sistemas de aires acondicionado implica una inversin de 38688,41 $, correspondiente a la sustitucin de los aires acondicionado actuales de tecnologa obsoleta con gas refrigerante R-22, por equipos de tecnologa inverter y gas ecolgico R410, entre los cuales destacan unidades inverter de: 12000BTU en 529,97$, de 18000BTU en 749,97$, y 60000BTU en 1569,97$ cada uno. Este cambio tecnolgico permite obtener una reduccin aproximada de un 22,01 % y dejando de emitir a la atmosfera 1,403 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N3 (EE N3) de gestin del sistema de iluminacin por medio de circuitos de control electrnicos con una inversin de de 5260 $ logrando una reduccin aproximada de un 10,20% y dejando de emitir a la atmosfera 0,65 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N4 (EE N4) de gestin del sistema de aires acondicionados por medio de circuitos de control electrnicos implica una inversin monetaria de 1060 $ logrando una reduccin aproximada de un 10,59% y dejando de emitir a la atmosfera 0,675 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N5 (EE N5) posibilidad de uso de fuentes renovables de energa (FRE) por medio de la integracin de microgeneracin en las instalaciones de baja tensin del edificio es viable con una inversin de 147466 $ logrando un aprovechamiento de la energa solar, con el fin de obtener una reduccin aproximada de un 37,87% y dejando de emitir a la atmosfera 2,414 tCO2e mensualmente.
La estrategia energtica N6 de aplicacin de medidas conjuntas se subdivide en:
Medida Conjunta N1 (EE N6 MC1) que combina la estrategia de actuacin energtica N1 (cambio en los hbitos de consumo energtico) en combinacin con la implementacin de la estrategia energtica N2 (sustituciones y actualizaciones tecnolgicas), con un costo monetario de 150 $, y se obtiene una reduccin aproximada de un 16,14 % y dejando de emitir a la atmosfera 1,029 tCO2e mensualmente.
Medida Conjunta N2 (EE N6 MC2) propone aplicar de manera conjunta las siguientes estrategias: cambio en los hbitos de consumo energtico, en conjunto con sustituciones y actualizaciones tecnolgicas en luminarias, aplicando la gestin del sistema de iluminacin, y de esta manera obtener una reduccin aproximada de un 19,54 % y dejando de emitir a la atmosfera 1,246 tCO2e mensualmente por una inversin de 5410 $.
Medida Conjunta N3 (EE N6 MC3) se debe aplicar de forma combinada las estrategias de cambios de los hbitos de consumo energtico, en conjunto con sustituciones y actualizaciones tecnolgicas en sistemas de iluminacin, aplicando la gestin del sistema de iluminacin en conjunto con la gestin del sistema de aires acondicionados, logrando una reduccin aproximada de un 26,35 % y dejando de emitir a la atmosfera 1,68 tCO2e mensualmente por una inversin de 6470 $.
Figura 8: % de Reduccin de Energa consumida, por estrategia de actuacin energtica
Fuente: El Autor (2021)
Tabla 4: Anlisis comparativo de las estrategias propuestas de actuacin energtica
Estrategia de actuacin energtica |
Energa Actual Mensual (KWh) |
Emisin Actual Ton de CO2 |
Energa Estimada (KWh) |
Emisin estimada Ton de CO2 |
Reduccin Energa Mensual (KWh) |
Reduccin estimada Ton de CO2 |
% de Reduccin Energa Mensual |
Costo estimado de implementacin ($) |
EE N1 |
14132,0926 |
6,37216056 |
12275,128 |
5,53485522 |
1856,965 |
0,838 |
13,14 |
No requiere |
EE N2 (Luminaria) |
14132,0926 |
6,37216056 |
13708,132 |
6,18099672 |
423,961 |
0,192 |
3 |
150 |
EE N2 (A.A) |
14132,0926 |
6,37216056 |
11021,616 |
4,96964665 |
3110,477 |
1,403 |
22,01 |
38688 |
EE N3 |
14132,0926 |
6,37216056 |
12690,62 |
5,72220056 |
1441,473 |
0,65 |
10,2 |
5260 |
EE N4 |
14132,0926 |
6,37216056 |
12635,504 |
5,69734875 |
1496,589 |
0,675 |
10,59 |
1060 |
EE N5 |
14132,0926 |
6,37216056 |
8780,268 |
3,95902284 |
5351,825 |
2,414 |
37,87 |
147466,00 |
EE N6 MC1 |
14132,0926 |
6,37216056 |
11851,176 |
5,34369526 |
2280,917 |
1,029 |
16,14 |
150 |
EE N6 MC2 |
14132,0926 |
6,37216056 |
11370,68 |
5,12703961 |
2761,413 |
1,246 |
19,54 |
5410 |
EE N6 MC3 |
14132,0926 |
6,37216056 |
10408,288 |
4,69309706 |
3723,805 |
1,68 |
26,35 |
6470 |
Fuente: El Autor (2020)
Figira 9: Anlisis comparativo del CO2 acumulado en las propuestas ahorro energtico
Fuente: El Autor (2021)
Discusion
La evaluacin del sistema elctrico de la FCMFQ, provee una idea clara del comportamiento energtico de los diferentes ambientes del edificio, identificando cargas crticas en cuanto a sistemas de iluminacin y aires acondicionados, considerando como estrategia de anlisis dividir el consumo en zonas siendo estas: Aulas (50%), Sala de Computo (14%), Oficinas docentes (11%), Auditorio de Usos Mltiples (4%) y las reas Comunes compuestas por pasillos, baos y los cuarto de Telecomunicaciones (21%); con el fin de obtener una mejor organizacin para el anlisis y comportamiento del consumo energtico.
Las medidas de uso racional y eficiente de la energa, van desde los cambios en los hbitos de consumo energtico por medio de la concientizacin hacia el cuidado del ambiente, mejorando las costumbres de uso de la energa. Esta es una medida muy favorable ya que no implica inversin econmica, el objetivo de esta medida no es prohibir, es crear conciencia por medio de capacitacin e incentivos respecto al uso responsable de las instalaciones, esta es una medida en la cual se involucra a estudiantes, docentes, personal de mantenimiento, entre otros. La conducta energtica implica una cultura de limpieza e inspeccin de mantenimiento rutinario en sistemas de aires acondicionados, as como, en persianas, ventanas y claraboyas de aprovechamiento de luz natural.
Las medidas de cambios, sustituciones y actualizaciones tecnolgicas, resulta una medida viable en esta evaluacin, considerando que esta medida debe ser aplicada nicamente en ciertos espacios, sin embargo, es necesario analizar la factibilidad de cada medida en base a trminos econmicos de inversin. La tecnologa LED de alto brillo proporciona igual cantidad de lumen para un menor consumo, por otro lado, se recomienda dejar de usar el refrigerante R22 que se utiliza en la totalidad de los equipos, en virtud que se evidenci lo daino que es este refrigerante a la capa de ozono; y se dio un plazo hasta el 2015 para dejar de producirlo y hasta el 2030 para la desaparicin total del mismo.
En cuanto a la propuesta gestin y optimizacin para el manejo de cargas elctricas, se han clasificado cada uno de los ambientes en funcin del nivel de aporte de luz natural, los circuitos de control y los reguladores electrnicos para cumplir esta medida implican una inversin econmica considerable, por lo tanto, esta medida debe aplicar nicamente en determinados ambientes de la edificacin, con lo cual se lograr maximizar el ahorro energtico y minimizar los costos de inversin.
Con miras a la incorporacin de fuentes renovables de energa, se promueve el uso de tecnologas ambientalmente limpias y de energas alternativas no contaminantes de bajo impacto, por medio de la instalacin de centrales fotovoltaicas de mayor potencia en la azotea del edificio, as como, paneles fotovoltaicos distribuidos en cada uno de los postes de iluminacin exterior en la fachada de la edificacin. Sin lugar a dudas, por medio de esta medida se logra sustituir los combustibles fsiles por energas renovables, con lo que se consigue eliminar las emisiones de CO2 contaminantes por consumo elctrico.
Todas estas medidas conjuntas tienen como objetivo fundamental implementar un desarrollo energtico sostenible y transformar la matriz energtica del edificio de propsito educativo, en este sentido el ahorro de energa puede alcanzarse en cualquiera de las actividades diarias. Sin embargo, la aplicacin conjunta de todas las medidas estudiadas est orientada a la importancia de cambiar nuestra forma de usar la energa con el mnimo impacto y riesgo ambiental, as como la reduccin de los pagos en la factura de servicio elctrico; esto significa aprovechar los recursos energticos de manera eficiente e inteligente.
Referencias
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2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
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