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PROYECTO FRONTERA 2012
I. TITULO DEL PROYECTO : Sistema Fotovoltaico para la iluminación del
laboratorio de Electrónica
II. NOMBRE DEL RESPONSABLE DEL PROYECTO : Julio César Ramírez Valenzuela
III. Fecha de Inicio: 1 de marzo 2011
IV. Duración total del proyecto : 17 meses
V. Fecha del Informe: 30 de Agosto de 2012
ÍNDICE
VI. Introducción ……………………………………………………………………………………… 2
VI.I Antecedentes ……………………………………………………………………………………. 2
VI.II Definición del problema ………………………………………………………………………. 3
VII. Objetivos …………………………………………………………………………………………. 4
VIII. Estrategia del proyecto ………………………………………………………………………. 4
IX. Metodología ………………………………………………………………………………………. 6
X. Resultados ………………………………………………………………………………………… 7
XI. Discusión …………………………………………………………………………………………. 9
XII. Recomendaciones ……………………………………………………………………………… 9
Referencias…………………………………………………………………………………………….10
Anexos ………………………………………………………………………………………………... 11
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VI. Introducción
En los últimos años se ha puesto un especial interés en el uso de sistemas de energía auto-
sustentables. Este es el caso de los sistemas de energía solar que no obstante de producir una
energía limpia son también auto-sustentables. La utilización de sistemas fotovoltaicos además
de representar un ahorro en los gastos de energía eléctrica (generada muchas veces por el
consumo de combustibles fósiles), representa una energía amigable con el medio ambiente, al
no producir contaminantes en su generación.
Aunque el uso de la energía solar por si sola ya constituye un ahorro de energía, todavía es
posible optimizar el consumo de energía de los sistemas de iluminación en los edificios. Una de
estas estrategias de optimización es la sustitución de lámparas fluorescentes por lámparas
LED (“Light emitting diode”), lo que significa un ahorro de más del 50% de energía (Kim and
Schubert 2008). Otra estrategia que en los últimos tiempos a cobrado bastante relevancia, es el
diseño de edificios inteligentes (Ozadowicz 2006; Mo 2003). Reportes de evaluación de
sistemas de iluminación, similares al propuesto por nosotros, se encuentran en: (Delaney,
O’Hare, and Ruzzelli 2009; Mavenkamp, Beinaar, and Eder 2007; Mahdavi, Chang, and Pal
2003).
Con el fin de investigar cuales son los beneficios de los aportes tecnológicos mencionados
aquí, se implementó un sistema fotovoltaico inteligente para la iluminación del laboratorio de
electrónica de potencia del Instituto Tecnológico de Nogales. El nuevo sistema comprende: la
sustitución de 48 lamparas fluorescentes por 48 lámparas LED, la implementación de un
sistema fotovoltaico de dos paneles solares, un banco de baterías, un inversor y un regulador.
También, el sistema inteligente esta controlado por un PLC (“Programmable Logic Controller ”)
que gobierna los sensores de luminosidad y de presencia, junto con los actuadores, y un
microcontrolador usado para el monitoreo de datos.
VI.I Antecedentes
Las máquinas han producido una verdadera revolución al facilitar la producción, agricultura,
desarrollo del transporte, iluminación pública y centenares de cosas más que, en general, han
permitido mejorar el nivel de vida de gran parte de la humanidad. De hecho sin máquinas no es
posible imaginarse un planeta con más de 6,000 millones de seres humanos. Los combustibles
fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, se han formado naturalmente a través de
complejos procesos bio-geoquímicos, desarrollados bajo condiciones especiales durante
millones de años. La materia prima a partir de la cual se generaron incluye restos vegetales y
antiguas comunidades planctónicas.
El descubrimiento y el empleo de estos tipos de combustibles produjeron un cambio
revolucionario en las tecnologías de producción aplicadas por el hombre. Comenzaron a
emplearse a partir de la Revolución Industrial y su uso se ha incrementado sensiblemente. En
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los últimos 60 años, se ha detectado un aumento de las concentraciones de gases invernadero
por causa de la acción del hombre. El uso generalizado de los combustibles fósiles, el
debilitamiento de la capa de ozono y la desaparición de grandes masas boscosas están
favoreciendo el aumento de la temperatura en la Tierra, provocando un futuro incierto para
nuestras próximas generaciones. Por todo ello, nos vemos obligados a apostar por la Energía
Solar, un recurso limpio, inagotable, de fácil instalación, con una vida prolongada y que se
adapta perfectamente al ámbito rural y urbano.
Los sistemas de energía solar fotovoltaica permiten transformar la energía solar en energía
eléctrica en cualquier parte del mundo y de manera autónoma. Una de las aplicaciones que ha
tenido en la tecnología, es la electrificación de casas e iluminación exterior. En México la
demanda energética según la CFE ha crecido a una tasa promedio anual de 5.2% durante la
última década. El uso de fuentes alternas de energía renovable, como la eólica o la
fotovoltaica, además de la hidráulica, ha comenzado a ganar espacio dentro de la oferta
eléctrica del sector energético del país.
Por lo anterior este proyecto propone ahora, el uso de la energía solar para la iluminación de
centros educativos, tomando como plan piloto la iluminación del Laboratorio de Electrónica del
Instituto Tecnológico de Nogales. Inicialmente este proyecto beneficiará a una población de
200 estudiantes, pero si se ampliara a la totalidad de la institución, se beneficiaria a un total de
1,954 estudiantes.
VI.II Definición del problema
El problema principal en los edifición públicos dedicados en la educación es el mal uso de los
recursos energéticos lumínicos. Cuando decimos mal uso de los recursos lumínicos, nos
referimos al hecho de que muchas veces las luminarias de las aulas o laboratorios permanecen
encendidas a pesar de no ser ocupadas por persona alguna. En este proyecto, se propone la
automatización de las luminarias del laboratorio de electrónica. Para ello se utilizará una serie
de sensores y actuadores controlados por un PLC, esto con el fin de evitar que las luminarias
se encuentren encendidas de forma innecesaria.
Otro problema, es el alto consumo de energía de las lámparas fluorescentes. Para la solución
de este problema se sustituyen las lámparas fluorescentes por lámparas LED. Para evitar la
contaminación del medio ambiente, se usa un sistema fotovoltaico que consta de: dos paneles
solares, un par de baterías, un regulador de voltaje y un inversor. Con esto disminuimos el
consumo de energía provista por la CFE (que usa energías no renovables en la generación de
energía eléctrica).
El uso de estas innovaciones tecnológicas nos causa otro problema ¿Cómo vamos a
comprobar el beneficio que esta inversión genera? En la solución de esta problemática, se
diseño un sistema de monitoreo de datos para poder comparar el consumo de energía del
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sistema automatizado, contra el sistema sin automatizar. Finalmente, para resolver el problema
de control y automatización de todos los dispositivos de forma integral, se hizo uso de un PLC
Allen Bradley Micrologix 1000.
VII. Objetivos
Monitorear por tres meses del consumo total de energía eléctrica para la iluminación
del laboratorio antes de ser automatizado, para tener una referencia de comparación
del consumo del mismo ya automatizado.
Iluminar el laboratorio de Electrónica del edificio “P” del ITN por la combinación de un
sistema de alimentación fotovoltaico (celdas solares) y la red eléctrica de la ciudad.
Sustituir las lámparas fluorescentes por lámparas de una nueva tecnología (LED) con el
propósito de ahorrar energía.
Automatizar la iluminación del laboratorio de tal forma que las lámparas se enciendan
sólo cuando las personas se encuentren al interior del mismo. También con el
propósito de optimizar el consumo de energía.
Iluminar el laboratorio de tal forma, que de no existir energía solar, el sistema se
conecte automáticamente a la red eléctrica de la ciudad.
Medir la energía utilizada para iluminar el laboratorio, tanto cuando se usan las celdas
solares, como cuando se esta conectado a la red eléctrica de la ciudad.
Monitorear por un año para medir: el tiempo total de las lámparas encendidas, el
tiempo que estuvieron conectadas a la red, y el tiempo que usaron energía solar, de tal
forma, que cuantifiquemos el ahorro real de energía anual.
Beneficiar con la iluminación del laboratorio a 200 alumnos de diferentes carreras como
son: Ing. en Electrónica, Ing. Industrial e Ing. en Mecatrónica, las cuales usan este
laboratorio por lo menos una vez por semana.
Concientizar a la comunidad estudiantil y a la institución, de los beneficios de los
sistemas fotovoltaicos en el ahorro de energía y conservación del medio ambiente.
Haciendo conciencia real de los beneficios que las nuevas tecnologías aportan.
VIII. Estrategia del Proyecto
En esta sección se explica en que consistieron las diferentes etapas del proyecto.
Instalación de paneles solares. El diseño e instalación de la estructura que da
soporte a los paneles solares, estuvo a cargo de algunos profesores del departamento
de electrónica del ITN. Estos paneles se instalaron con la inclinación y posición
adecuada sobre la azotea del edificio P, donde se encuentra el laboratorio de
electrónica de potencia.
Puesta de tubería y conexiones de las lámparas. Para lograr esta etapa, primero se
renovó la instalación eléctrica del laboratorio haciendo una redistribución del cableado
(corrigiendo errores) y armando nuevos circuitos eléctricos para las luminarias.
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Armado de gabinete. Este gabinete contiene los dispositivos más importantes del
proyecto y también los más problemáticos. Esta fue la etapa que demandó más tiempo
y esfuerzo. Para satisfacción del equipo de trabajo, se lograron resolver con éxito todos
los retos que el desarrollo del controlador automático representó. Los principales
problemas que se suscitaron fueron: la capacidad del regulador (en lo referente a la
detección de niveles de carga de batería) no fue la adecuada. Esto se resolvió
diseñando un detector de nivel de batería baja. La capacidad de un par de inversores
(de 600 watts c/u) que inicialmente se tenía, no fue la adecuada. Esto se solucionó
adquiriendo un único inversor de 1500 watts. Finalmente, el diseño del programa del
PLC en lo referente a la conmutación “sistema fotovoltaico/CFE” inicialmente no era
correcto. Esto se resolvió a través de varios ciclos iterativos de rediseño. En este
proceso iterativo de diseño, lamentablemente se dañó el inversor de 1500 watts que se
tuvo que reparar.
Monitoreo de consumo de energía antes de la automatización. Para realizar esta
etapa primero se construyó por medio de un microcontrolador (PIC) y una resistencia
shunt (0.1 ohmios) un medidor de consumo de corriente. Luego se puso en marcha el
monitoreo sin ningún contratiempo.
Instalación y adaptación de lámparas LED. Después del monitoreo y de la
renovación de la instalación eléctrica, se hizo la adaptación de las lámparas LED. Esta
etapa fue muy sencilla, sólo se extrajeron los antiguos balastros, se reconfiguraron las
conexiones en los sockets ya existentes, y se montaron las lámparas LED, cuyas
dimensiones se adaptaron perfectamente a los sockets.
Desarrollo del software de automatización. Además de la etapa de conmutación
“sistema fotovoltaico/CFE” el software de automatización integró todos los
componentes del sistema, ya fuesen actuadores o sensores. Logrando la optimización
del consumo de energía lumínica.
Instalación de sensores y calibración. Los sensores instalados fueron los de
presencia y los de luminosidad (en base a foto-resistencias) y el detector de batería
baja. Los infrarrojos sólo se tuvieron que ajustar en lo referente al área que deberían de
cubrir. Las foto-resistencias se ajustaron al umbral mínimo de confort necesario de
luminosidad. Una luminosidad menor a este umbral, activa el sistema fotovoltaico que
enciende las luminarias.
Pruebas de funcionamiento y mediciones. Antes de la etapa de monitoreo se revisó
el sistema fotovoltaico de iluminación de forma integral. Una vez que se comprobó que
el sistema trabajaba en forma óptima y a la vez era seguro y confortable, se inicio con
la etapa de monitoreo de datos. La opinión que se tomo en cuenta para determinar el
buen funcionamiento del sistema, fue la de los usuarios, los alumnos del departamento
de electrónica del ITN.
Monitoreo de consumo de energía anual. Una vez que se concluyo con el monitoreo
del sistema antes de automatizar y después de verificar el buen funcionamiento del
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sistema automatizado, se dio inicio a la etapa de monitoreo anual en el mes de agosto.
Se tuvo el contratiempo del fallo del inversor de potencia por lo que no se pudo realizar
el monitoreo debidamente en los meses de septiembre, octubre y noviembre.
Reporte estadístico del consumo de energía anual. Se registraron todos los datos
monitorizados en la memoria del Microcontrolador para luego ser enviados una hojas
de cálculo de Excel lo que facilitó el análisis de datos.
IX. Metodología
Se hizo el análisis de datos a través de histogramas. En el monitoreo de datos antes de la
automatización del sistema, sólo tres meses: marzo, abril y mayo del 2011 fueron
monitorizados. En el sistema ya automatizado se hizo el monitoreo de datos desde agosto del
2011 hasta agosto del 2012 con excepción de los meses de septiembre, octubre y noviembre
del 2011 que se tuvo problemas con los inversores de voltaje.
Para determinar el ahorro neto de energía con el nuevo sistema se hizo el análisis por medio
de la comparación de las medias aritméticas. Primero haciendo una comparación de los mes
de marzo del 2011 con el mes de marzo del 2012. En este análisis se uso la media de
consumo neto y la media de consumo eficaz. Esto es, el consumo eficaz, es cuando
obtenemos la media en el tiempo en que se están usando las luminarias del sistema. Los casos
de muestreo en que el consumo de energía es próximo a cero no se toman en cuenta.
La media del consumo neto de energía o la media del total de los datos, nos dice cuanto el
nuevo sistema ahorra en realidad, pues toma en cuenta el ahorro que la automatización del
sistema nos da, aunado al ahorro que implica el cambio de lámparas fluorescentes a lámparas
LED. La media del consumo eficaz de energía sólo nos dice el ahorro que la sustitución de
lámparas ha causado.
Se hizo un análisis con las medias aritméticas de todos los meses del sistema sin automatizar,
que se comparan con las medias de todos los meses del sistema automatizado para llegar a
las conclusiones y resultados.
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X. Resultados
En el análisis del histograma de la Figura 1, podemos apreciar la gran dispersión de las
medidas. A simple vista podemos notar el mayor consumo de corriente en Marzo del 2011
cuando el sistema aún no se automatizaba. También podemos notar como en promedio el
consumo de energía es la mitad en Marzo del 2012. En la Figura 1, el eje horizontal es el
tiempo en horas que transcurren en un mes. El eje vertical es la corriente medida en Amperios,
que corresponde al consumo de corriente eléctrica que observan las
luminarias.
0.00002.00004.00006.00008.0000
10.000012.000014.000016.0000
12
:03
:00
43
:54
:00
75
:45
:00
10
7:3
6:0
01
39
:27
:00
17
1:1
8:0
02
03
:09
:00
23
5:0
0:0
02
66
:51
:00
29
8:4
2:0
03
30
:33
:00
36
2:2
4:0
03
94
:15
:00
42
6:0
6:0
04
57
:57
:00
48
9:4
8:0
05
21
:39
:00
55
3:3
0:0
05
85
:21
:00
61
7:1
2:0
06
49
:03
:00
68
0:5
4:0
07
12
:45
:00
Marzo 2012
Marzo 2011
Figura 1. Histograma comparativo del consumo de energía eléctrica entre el mes de Marzo del
2011 y el mes de Marzo del 2012.
El consumo de energía se analiza en la relación de Amperios por mes. En la Tabla 1, se
encuentran los registros estandarizados de todas las muestras del consumo de energía
eléctrica lumínica tomadas antes de automatizar el sistema. La Tabla 2, muestra los registros
estandarizados después de la automatización del sistema. Las lecturas se encuentran en
Amperios en ambas Tablas excepto para las dos últimas filas.
Como se dijo anteriormente la media neta, es el promedio de todas las muestra de un mes no
importando que sean las muestras que correspondan a las luminarias apagadas esto es que su
valor sea cero. La media efectiva, sólo toma en cuenta las muestras que tienen algún valor,
esto es, cuando al menos una luminaria esta encendida. Las desviaciones estándar se
corresponden con sus respectivas medias. El número de horas efectivas, es el número de
horas en las que al menos una luminaria esta encendida. El consumo en KW-hr efectivo resulta
de la multiplicación del voltaje nominal (127 Voltios) por la media efectiva del mes, multiplicado
por las horas efectivas del mes. Todos estos datos estandarizados se calcularon de los datos
monitoreados de cada mes, que se encuentran en las hojas de Excel que se enviaron con los
reportes trimestrales. Por lo regular el número de muestras mensuales es de alrededor de las
14400. El periodo de muestreo es de 3 minutos, lo que significa 20 muestras por hora y 480
diarias. El mes de Julio no aparece en las Tablas porque al ser un mes de asueto no hubo
consumo de energía.
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Tabla 1. Registros estándares del consumo de corriente del sistema antes de ser automatizado.
Marzo 2011 Abril 2011 Mayo 2011 Valores promedio antes de la automatización del
sistema Media neta 1.3160 2.0222 1.2903 1.5428
Media efectiva 11.6184 12.6725 12.4953 12.2621
Desviación estandar neta 3.6740 4.6362 3.7924 4.0342
Desviación estandar efectiva 0.6650 0.5778 0.6027 0.6152
Número de horas efectivas 81.1000 114.5500 96.7500 97.4667
Consumo en KW-hr efectivo 119.6661 184.3582 153.5323 151.7831
Tabla 2. Registros estándares del consumo de corriente del sistema después de ser
automatizado.
En los valores estandarizados la media neta nos ayuda a estimar el ahorro neto de energía. Si
nos fijamos en la media neta de la Tabla 1 en la última columna es de 1.5428, su equivalente
en la Tabla 2 es de 0.1495. Esto implica que el sistema automatizado ahorra hasta un 90% de
energía lumínica. Esto lo podemos aseverar porque según los registros en el nuevo sistema
rara vez se usa energía de la CFE. La media efectiva nos comprueba de manera clara la
eficiencia lumínica de las lámparas LED que según las especificaciones consumen la mitad de
lo que consume una lámpara fluorescente. Según los valores de la última columna de la media
efectiva en la Tabla 1 tenemos un valor de 12.2621 y su correspondiente de la Tabla 2 es de
5.7796 esto es un 50% menos.
En las desviaciones estándar de la Tabla 1 podemos notar que la dispersión de las medidas es
poca, no así en las desviaciones estándar de la Tabla 2. Esto se debe a que en el sistema
automatizado encienden sólo las luminarias que detectan presencia de personas y no así en el
sistema anterior que un solo interruptor controlaba las 48 lámparas. Las últimas dos filas se
añadieron para poder analizar los costos económicos. El menor número de horas de consumo
en el nuevo sistema, se debe a que el sensor de luminosidad solamente permite que las
Agosto 2011
Diciembre 2011
Enero 2012
Febrero 2012
Marzo 2012
Abril 2012
Mayo 2012
Junio 2012
Valores promedio después de automatizar el sistema
Media neta
0.2375 0.2081 0.1143 0.0413 0.0723 0.0052 0.0234 0.4942 0.1495
Media efectiva
7.4058 4.0376 4.5582 5.1364 7.6087 9.2120 7.1381 1.1401 5.7796
Desviación estandar neta
1.3198 0.9385 0.7723 0.5006 0.7476 0.2190 0.4157 0.4893 0.6753
Desviación estandar efectiva
0.4150 1.5077 2.2959 2.3878 0.4977 0.4500 0.1025 0.3404 0.9996
Número de horas efectivas
17.1000 37.4500 18.4000 5.5000 7.0000 0.4000 2.4000 11.5500 12.4750
Consumo en KW-hr efectivo
16.0831 19.2036 10.6517 3.5878 6.7642 0.4680 2.1757 1.6723 9.1568
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luminarias enciendan en la noche, aunque el uso del laboratorio es similar al observado en el
2011.
XI. Discusión
Se lograron todos los objetivos del proyecto entre los más importantes destacamos la
automatización inteligente del laboratorio de electrónica del ITN, la implementación de un
sistema fotovoltaico que ayude en la conservación del medio ambiente, por el ahorro de
energía. Todo esto para beneficiar a una población de estudiantes que hacen uso de este
laboratorio. Un aspecto también importante es la concientización que este proyecto promovió,
en el uso de las energías renovables para la conservación del medio ambiente.
Sin embargo, aunque se lograron en buena medida los objetivos propuestos al principio del
proyecto, el análisis de costo beneficio (amortización de la inversión) no es favorable. Según la
CFE después de los 140 KW-hr de consumo mensual el costo por KW-hr sube a $2.664 si esto
lo multiplicamos por el consumo en KW-hr efectivo promedio de la Tabla 1 y luego por 12 para
obtener el costo anual tendremos $4,852.20. Si este gasto lo extendemos a 12 años
estaríamos hablando de $58,226.44. Las lámparas fluorescentes con el uso del laboratorio
tienen un promedio de vida de 2 años y los balastros también, esto implica que en doce años el
mantenimiento del sistema anterior gastaría más o menos $40,000.00. Si el nuevo sistema no
consumiera en esos 12 años nada de la CFE y no requiriese mantenimiento, entonces se
amortizan los $100,000.00 invertidos en este proyecto.
El problema son los costos de las lámparas LED cada una con un costo de $900.00 mientras
que una lámpara fluorescente de misma potencia vale $30.00. La ventaja de una lámpara LED
es que dura 10 veces más y no contamina tanto cuando se desecha. Las tendencias actuales
del costo de las lámparas LED son a la baja, tal vez en un par de años este proyecto sea viable
para su expansión a todo el Instituto Tecnológico de Nogales.
XII. Recomendaciones
Dar seguimiento al sistema para observar que complicaciones pueda tener en el futuro.
Experimentar con otras tecnologías autosustentables como la energía eólica para componer un
sistema híbrido con el fotovoltaico expuesto aquí. Esto con el fin de mejorar el desempaño del
sistema actual. Exponer el sistema a los estudiantes para que aprendan como se diseña un
sistema fotovoltaico y así promover su uso.
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Referencias
Delaney, Declan T., Gregory M. P. O’Hare, and Antonio G. Ruzzelli. 2009. “Evaluation of energy-efficiency in lighting systems using sensor networks.” Proceedings of the First ACM Workshop on Embedded Sensing Systems for Energy-Efficiency in Buildings, BuildSys ’09. New York, NY, USA: ACM, 61–66. Kim, Jong Kyu, and E. Fred Schubert. 2008. “Transcending the replacement paradigm of solid- state lighting.” Optical Society of America 16 (26): 1–8 (Dec.). Mahdavi, Ardeshir, Seongju Chang, and Vineeta Pal. 2003. “Simulation-based Integration of Contextual Forces into Building Systems Control.” Technical Report, School of Architecture Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA. Mavenkamp, Mamfred, Ingo Beinaar, and Christian Eder. 2007. “KNX-based Energy Efficient Heating and Lighting in Educational Buildings.” Technical Report, Institut fur und Automation, Hochschule Bremer. Mo, ZhengChun. 2003. “AN AGENT-BASED SIMULATION ASSISTED APPROACH TO BI- LATERAL BUILDING SYSTEMS CONTROL.” Ph.D. diss., School of Architecture, Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA 15213 USA. Ozadowicz, Andrzej. 2006. “Comparative Analysis of KNX and LonWorks The Intelligent Building Systems in Energy Consumption and Power Quality Monitoring.” Technical Report, Institute of Electrical Drives Automation and Industrial Equipments, AGH - UST.
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Anexos
Indicadores sugeridos por EPA - Project 20171 - Sistema Fotovoltaico para la Iluminación
del Laboratorio de Electrónica.
A1. La cantidad de energía que se utiliza para iluminar el laboratorio utilizando células
solares es de 0.734 KW-hr. La cantidad de energía que se utiliza para iluminar el
laboratorio utilizando la red eléctrica local es de 0.0 KW-hr.
El porqué de este resultado se debe a que la media (efectiva) de consumo del laboratorio automatizado es de 5.7796 Amperios (ver Tabla 2) que multiplicado por 127 Voltios y por 1 hr. nos da 0.734 KW-hr. La razón de que sea 0.0 KW-hr el consumo de energía de la red eléctrica local es la siguiente: debido a que la iluminación del laboratorio es automática las luminarias sólo encienden por las noches, casi nunca encienden todas las luminarias porque el sistema detecta donde están las personas y sólo enciende las luminarias necesarias. Lo anterior conlleva que las luminarias nunca se conecten a la red local porque no se consume la carga eléctrica de las baterías (sistema fotovoltaico). Otro factor que influye es, que por las noches a lo sumo se usa el laboratorio por una hora. Lo anterior se puede corroborar con los datos de monitoreo del laboratorio ya automatizado.
A2. Los ahorros en energía como resultado de la sustitución de lámparas fluorescentes
con la nueva tecnología (LED) son de 0.388 KW-hr.
Los cálculos para llegar a este resultado son los siguientes: se multiplica la media efectiva del sistema sin automatizar, 12.2621 Amperios (Tabla 1) por 127 Voltios y por 1 hr, que es igual a 1.557 KW-hr (en el sistema sin automatizar las 48 luminarias fluorescentes se encendían por un solo switch). Luego se toma el consumo máximo de corriente del sistema automatizado (que es cuando las luminarias están todas encendidas) que es de 9.2120 Amperios, registrado sólo en el mes de abril del 2012, se multiplica por 127 Voltios y por 1 hr resultando en 1.169 KW-hr. De la operación de resta de: 1.557 KW-hr menos 1.169 KW-hr resulta 0.388 KW-hr.
A3. El ahorro en energía debido a la automatización del sistema de iluminación de las
instalaciones es de 0.387 KW-hr.
El porqué de estos resultados es el siguiente: se multiplica la media efectiva de la Tabla 1, 12.2621 Amperios por 127 Voltios y por 1hr resultando en 1.557 KW-hr. Luego se multiplica la media efectiva de la Tabla 2, 5.7796 Amperios por 127 Voltios y por 1 hr, resultando en 0.734 KW-hr. De la operación de resta de: 1.557 KW-hr menos 0.734 KW-hr resulta 0.823 KW-hr. Si a 0.823 Kw-hr le restamos 388KW-hr que se ahorran por la tecnología LED, entonces tendremos 0.387 KW-hr que se ahorran por la automatización del sistema.
A4. El ahorro de energía como resultado de la combinación del sistema de energía
fotovoltaica y la red de energía eléctrica de la ciudad es 1.557 KW-hr.
Los cálculos para llegar a este resultado son los siguientes: se multiplica la media efectiva del sistema sin automatizar, 12.2621 Amperios (Tabla 1) por 127 Voltios y por 1 hr, que es igual a
12
1.557 KW-hr. Lo anterior se debe a que el sistema de iluminación automatizado no utiliza la red local.
A5. Ahorro de energía total (para el ciclo de un año) es: 1,821.397 KW-hr.
El cálculo para este resultado es el siguiente: de la Tabla 1 se toma el consumo en KW-hr efectivo promedio mensual, 151.7831 KW-hr y se anualiza multiplicándolo por 12 y obtenemos 1,821 KW-hr. Podemos asegurar que esto es así porque el sistema de iluminación automatizado no utiliza la red local por lo que el ahorro es del 100% y la única energía que se utiliza es renovable por lo que no contribuye al calentamiento global.
A6. Finalmente, basado en los ahorros netos de electricidad, se calculan las emisiones
de CO2, en toneladas, que se evitó sean emitidas por:
1. La substitución de las lámparas convencionales: 0.314 tCO2.
2. La automatización del sistema: 0.313 tCO2.
3. El uso de electricidad producida por el sistema FV: 0.076 tCO2.
4. La combinación de los tres componentes: 1.262 tCO2.
La conversión entre MW-hr y tCO2 es 0.6930 tCO2e/MWh. Dato promedio del 2003 al 2005 del margen operativo de las plantas generadoras en México ( ver http://cdm.unfccc.int/UserManagement/FileStorage/7P72V6VIIO181P3QZ9RO9ZS6M0B296).
Para calcular las emisiones de tCO2 por ejemplo, para “la substitución de las lámparas convencionales” se usa el promedio del número de horas efectivas mensuales de la Table 1, multiplicado por 12, esto es: 0.388 KW-hr. *97.4667 *12= 453.80 KW-hr, luego se convierte a toneladas de CO2 obteniendo: 0.314 tCO2. Para los demás cálculos se sigue un procedimiento similar.