GUÍA DE ESTUDIO DEL POTENCIAL DE
AHORRO ELÉCTRICO
STUDY GUIDE OF
THE POTENTIAL OF ELECTRIC SAVING
María Isabel García Fajardo1
Juan Fernando Flórez
Marulanda2
1Universidad del Cauca Facultad
de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, Ms (c) en Automática
2Universidad del Cauca, Docente
Planta Tiempo Completo Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
1garciafajardo@unicauca.edu.co
2jflorez@unicauca.edu.co
Información de la investigación o del
proyecto: Esta investigación realiza un estudio del potencial de ahorro
eléctrico de las instalaciones del sector Santo Domingo de la Universidad del
Cauca, mediante el análisis del consumo actual de los edifi cios que conforman
el sector, se identifi can áreas y equipos que representan mayor consumo de
energía eléctrica al mes. Finalmente, se proponen medidas de ahorro eléctrico
para el sector que sea económicamente sustentable.
Temática: Competitividad y productividad.
Tipo de artículo: Investigación e Innovación
RESUMEN ANALÍTICO
Este artículo presenta
resultados de una guía propuesta para estudio del potencial de ahorro eléctrico
en las instalaciones de un edificio. En la literatura se identificaron
procedimientos primordiales para el análisis de consumo de energía eléctrica en
una instalación, mediante los cuales se diseñó una guía que consta de cuatro
fases: Análisis de la instalación, análisis de la información, identificación
del potencial de ahorro y propuestas de medidas de ahorro, las cuales se aplicó
al sector Santo Domingo de la Universidad del Cauca, compuesto por 4 edificios
localizados en el centro histórico de la ciudad de Popayán a los cuales llega
una única factura de cobro de energía eléctrica. El proceso implicó realizar el
inventario de 2.203 equipos consumidores de energía eléctrica en todos los
edificios, verificando el estado de las instalaciones eléctricas y las
características de diseño de cada edificio, estimando un consumo mensual de
energía en el sector de 20.298,61 KWh, del cual el 49% corresponde al Claustro
Santo Domingo, siendo el edificio de mayor consumo, el 64% del consumo total
del sector equivalente a 13.021,43 KWh se presenta en iluminación por lo que se
consideró como potencial de ahorro eléctrico. Finalmente, se propuso como
medida de ahorro el cambio de luminaria actual por tecnología Led, proyectando
un consumo mensual aproximando de 13.802,95 KWh que significa un ahorro del 32%
mensual, mediante análisis de costo-beneficio se determinó que el tiempo de
recuperación de dicha inversión es de 2.3 años una vez implementada la medida
de ahorro.
Palabras claves:
Potencial de ahorro eléctrico, consumo de energía eléctrica, instalaciones
eléctricas, medidas de ahorro, tecnología Led, análisis costo-beneficio.
ANALYTICAL SUMMARY
This paper presents the results from
a proposed guide to study the potential electricity savings of a building. In
literature were identified important procedures for the energy analysis
consumption in a particular place. This information was used in order to
develop a guide of four phases: The first one, related to the installation
Analysis, the second one, information analysis, the third one, the potential
savings identification and finally, the last one related to some saving
proposal measures. This procedure was applied to Santo Domingo´s faculty from
University of Cauca. This place is formed by four buildings located at the
historic center from Popayan city with only one energy bill. The process
started making an inventory of 2,203 electric energy consuming equipment in the
buildings, checking the status of electrical installations and the design
features of each building, it was estimated a monthly energy consumption around
20.298,61 KWh, which 49% corresponds to
Santo Domingo, being the building of more energy consumption. The 64% of
the total energy consumption was around 13,021.43kWh, this quantity is related
to lighting, and then, it was considered as potential electricity savings.
Finally, it was proposed as an economy measurement to migrate from the current
lighting technology to LED technology, projecting a monthly consumption of
13.802,95 KWh which means a saving of 32%per month. Considering the
cost-benefit analysis, it was found that recovery time of this investment is
2.3 years once implemented the saving measure.
Keywords: Energy power saving potential, energy power
consumption, electrical installation, saving measures, Led technology,
cost-benefit analysis.
Recepción: 8 de
Abril de 2016
Aceptación: 14 de Julio de 2016
Forma de citar: García Fajardo, M. I. (2016). Guía de estudio
del potencial de ahorro eléctrico según NTC ISO 50001 . En R, Llamosa Villalba
(Ed.). Revista Gerencia Tecnológica Informática, 15(42), 53-67. ISSN 1657-8236.
1. Introducción
El
consumo de recursos naturales energéticos ha representado a lo largo de la
historia un pilar fundamental del desarrollo social y tecnológico de la
humanidad, percibiéndose una continua actualización en los métodos tanto de
explotación como de aplicación para dar satisfacción a las necesidades de la
sociedad [1]. Sin embargo, el uso irracional de combustibles fósiles (carbón,
petróleo y gas) ha conllevado al aumento de emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI) causantes del cambio climático, amenaza ambiental más grande
del último siglo [2]. Por ello surge la necesidad de estudiar estrategias e
implementar medidas y acciones que permitan el uso eficiente de la energía
eléctrica.
La
International Organization for Standardization (ISO) presenta la norma ISO
50001 que establece los requisitos de Sistemas de Gestión de Energía, cuyo
propósito es facilitar a las organizaciones diseñar sistemas y procesos para
mejorar su desempeño energético, incluyendo la eficiencia energética y uso
racional de la energía [3]. La guía para el uso eficiente de energía
desarrollada por la dirección general de Industria, Energía y Minas de la
Comunidad de Madrid (España) [4], determina procedimientos necesarios para
llevar a cabo auditorías energéticas reconociendo las ineficiencias de los
sistemas principales de consumo energético en oficinas y despachos. En [5] se
presenta un modelo de diagnóstico energético en una institución educativa, que
incluye el análisis de los consumos históricos, el consumo actual, la
identificación de las áreas críticas de consumo de energía y finalmente
presenta alternativas para disminuir el consumo de energía, dentro de las
cuales se encuentra la sustitución de equipos de iluminación, la modificación
de los hábitos y mejoras en la gestión de la energía, finalmente realiza el
análisis del ahorro de energía obtenido con la modificación de la jornada
laboral. En [6] se diseñó un procedimiento para la planificación energética
teniendo en cuenta los requerimientos de la NC-ISO 50001, adecuación de ISO
50001 para Cuba, aplicable a organizaciones de producción o de servicios,
implementada en la empresa Oleohidráulica Cienfuegos, el cual consiste de
cuatro etapas, a partir de las cuales se establece una línea base y metas
energéticas, finalmente se diseñan planes de mejora que en su mayoría
involucran inversiones económicas, pero no se realiza el análisis económico
respectivo a dichos planes.
Con la
aprobación en Colombia de la Ley 697 de 2001, que fomenta el uso racional y
eficiente de la energía y se promueve la utilización de energías renovables
alternativas, se crea el Programa de Uso Racional y Eficiente de Energía y
fuentes no convencionales “PROURE” que tiene un plan de acción al 2015 con
visión al 2020 [7], diseñado por la Unidad de Planeación Minero Energética
(UPME) del Ministerio de Minas y Energía. En junio de 2011 se aprobó en
Colombia la Norma Técnica Colombiana (NTC ISO 50001), Sistemas de Gestión de la
Energía, adecuación para Colombia de la ISO 50001 [8]. Por otra parte, la Ley
1715 de 2014 promueve la utilización de fuentes de las energías renovables no
convencionales en el Sistema Energético Nacional [9].
En [10]
se plantea un modelo de gestión energética basado en la (NTC ISO 50001) para la
Universidad Autónoma de Occidente a partir de un diagnóstico energético
realizado en sus instalaciones, se propuso un sistema de medición y control
diario del consumo de energía en la Universidad y finalmente se realizan
recomendaciones que permiten optimizar y reducir el consumo de energía en el
sistema de aire acondicionado, iluminación y equipos de cómputo, mayores
consumidores de energía en la Universidad. En [11] se avaluó el estado de
gestión energética en una compañía productora de cemento y mediante
herramientas estadísticas se determinaron potenciales de ahorro energético
basándose sólo en energía no asociada a la producción y no en cambios
tecnológicos sobre equipos y procesos, se implementó el Sistema de Gestión
Energética durante un año, logrando la reducción del 4,6% del consumo de
energía eléctrica de la compañía. En [12] se realizó un proyecto que tiene en
cuenta la (NTC ISO 50001) para mejorar la gestión de la energía en la clínica
Nuestra Señora del Rosario, donde se usa una metodología planteada para la
Revisión Energética, realizando un análisis y diagnóstico energético a las
instalaciones de la clínica y proponiendo estrategias de ahorro de energía en
áreas específicas que representan un mayor consumo de energía eléctrica.
A nivel
local, la Compañía Energética del Occidente, está desarrollando un proyecto
dentro de sus instalaciones denominado “Plan de Eficiencia Energética para la
Compañía Energética de Occidente”, donde se implementan una serie de medidas
definidas sobre un diagnóstico elaborado técnicamente y soportado sobre una
evaluación económica, incluyendo mejora de hábitos de consumo [13].
Los planes, normas y guías mencionadas
anteriormente ofrecen modelos de procedimientos generales necesarios para que
una organización inicie un uso eficiente de los recursos energéticos, pero no
brindan las orientaciones precisas de cómo realizar un estudio del consumo
energético total de una organización ni mucho menos permiten derivar propuestas
de mejoramiento basadas en la relación costo-beneficio. Por tal razón se
plantea demostrar cómo un procedimiento sistemático organizado en guía para
llevar a cabo el estudio del potencial de ahorro eléctrico en una organización
conduce a un propuesta de mejoramiento basada en una relación costo –beneficio.
El procedimiento se aplica y valida en la Universidad del Cauca y los resultados
obtenidos han generado un primer paso para el uso eficiente de la energía en el
alma mater.
En la Sección 2 se presentan las
herramientas y fases del procedimiento diseñado para realizar el estudio del
potencial de ahorro eléctrico; la Sección 3 presenta los resultados obtenidos
al aplicar el procedimiento diseñado y en la Sección 4 se consignan las
conclusiones.
2. Metodología y materiales
Partiendo de la NTC ISO 50001 [8] y teniendo en cuenta
trabajos realizados, a nivel local [13], nacional [12] e internacional [4], se
infiere que para realizar estudios del potencial de ahorro eléctrico, existen
diversas metodologías, aún así se identifican procedimientos similares como:
• Realización de inventario de equipos consumidores de energía.
• Estimación de consumos energéticos.
• Análisis de datos e identificación de posibles puntos de
ahorro.
• Estudio y selección de medidas de reducción.
• Elaboración de plan de acción.
Por lo que se propone un procedimiento
para realizar el estudio del potencial de ahorro eléctrico en una instalación
en cuatro fases: análisis de la instalación, análisis de la información,
identificación del potencial de ahorro y propuesta de medidas de ahorro (Figura
1). Para ello se usan como herramientas:
• Planos del edificio
• Permisos de acceso al edificio
• Formatos de tablas
• Formatos de encuestas
• Pinza voltiamperimétrica
• Portátil o tableta
• Cámara fotográfica
• Microsoft Excel
Figura 1. Procedimiento de estudio del potencial de ahorro eléctrico
de cuatro fases.
Cada fase contiene procedimientos
específicos que varían según las características del edificio y los servicios
que allí se presten. A continuación se detalla cada fase.
2.1 Análisis de la instalación
Realizar análisis de la instalación
implica identificar: características de diseño del edificio, comportamiento de
equipos consumidores de energía y cuanto aportan al consumo total del edificio,
conocer el historial de consumo de los últimos meses y conocer sobre hábitos de
consumo de empleados, profesores, estudiantes y personas en general que
ingresan a diario a las instalaciones. Si se realiza el estudio en un sector
que comprende mas de un edificio, es necesario organizar un plan de acción
teniendo en cuenta características como: tamaño, areas de trabajo, complejidad
de las actividades que alli se realizan y conocimiento del mismo, con el fin de
evitar pérdida de tiempo e incomodidad a las personas. El análisis de la
instalación implica un proceso de recolección de información y se organiza en
un procedimiento de cuatro pasos:
1. Observación de instalaciones eléctricas y características de
diseño del edificio.
2. Inventario de equipos consumidores de energía eléctrica.
3. Recopilación de consumos históricos.
4. Encuestas hábitos de consumo de energía.
2.1.1 Observación de instalaciones eléctricas y
características de diseño del edificio
Durante
el proceso de recolección de información, es importante observar el estado de
las instalaciones eléctricas y características de diseño del edificio, para
ello se debe registrar por área de trabajo:
1. El estado de interruptores y toma corrientes.
2. Si la iluminación es focalizada o general.
3. Distribución de luminarias en las áreas de trabajo.
4. Número interruptores por número de luminarias.
5. Existencia de sensores que activen iluminación o sistemas de
aire acondicionado.
6. Elementos de infraestructura que permitan aprovechar
iluminación natural (ventanas, claraboyas, etc).
7. Distribución de los puestos de trabajo.
Estos
siete aspectos generalmente se pasan por alto al realizar el análisis de
instalaciones del edificio, ya que tipicamente se limita solo a información de
consumo energético de equipos eléctricos. Tener en cuenta los aspectos listados
anteriormente facilita el desarrollo de la fase 4 de la metodología propuesta.
2.1.2 Inventario de equipos consumidores de energía eléctrica
Esto es
útil para estimar el consumo de energía eléctrica del edificio, ya que los
tipos de equipos, cantidad y horas de uso influyen directamente en la demanda
eléctrica.
Para
realizar el inventario de equipos se propone la Tabla 1, que recoge información
necesaria para determinar el consumo de energía de los equipos existentes en el
edificio.
Tabla 1. Equipos consumidores de energía eléctrica
2.1.3 Recopilación de consumos históricos
Recopilar las facturas de energía eléctrica de al menos
doce meses atras, es necesario para observar el comportamiento del consumo de
energía real del edificio. Teniendo en cuenta la información general que traen
las facturas de energía eléctrica como: periodo de facturación, consumo de
energía activa, tarifa mensual, etc. se propone la Tabla 2 para recolección de
los consumos históricos.
Tabla
2.
Consumos históricos del sector.
El
contenido de la Tabla 2 puede variar según el operador de red, pues presentan
de variadas formas la misma información en sus recibos.
2.1.4 Encuestas hábitos de
consumo
Las
encuestas son útiles para realizar una mejor estimación de los consumos de
energía eléctrica e identificar aquellas pautas de comportamiento que deben ser
modificadas para evitar consumos innecesarios; la encuesta se debe realizar al
total del personal que labora en el edificio si este no supera las 100
personas, de lo contrario se debe extraer una muestra que dependerá del tamaño
de la población, teniendo en cuenta que a mayor población, se necesita menor
porcentaje.
Entre las
preguntas que se deben incluir en un formulario de encuesta se proponen:
1. ¿Deja luces encendidas cuando sale de la oficina y ésta se
queda vacía?
2. ¿Utiliza la configuración de ahorro de energía en los equipos
de oficina (PC, impresora, fotocopiadoras, etc.)?
3. ¿Deja el computador encendido durante largos periodos de
tiempo sin utilizarlo?
4. ¿Desenchufa aparatos electrónicos y cargadores cuando no los
usa y al terminar la jornada?
5.
¿Carga la batería de su
teléfono móvil o computador portátil en las instalaciones del edificio?
2.2 Análisis de la información
El análisis de información recolectada
debe responder preguntas como: ¿Cuál es el consumo de energía eléctrica mensual
y anual del edificio?, ¿Cuál es el área o dependencia que presenta mayor
consumo?, ¿Cuál equipo influye más en el aumento de dicho consumo?, ¿Cuál es la
influencia de los malos hábitos de empleados en el consumo total del sector?;
tener clara esta información es fundamental para identificar el potencial de ahorro
eléctrico en el edificio.
2.2.1 Análisis equipos consumidores de energía eléctrica
Una vez realizado el inventario de
equipos consumidores de energía eléctrica en las instalaciones del edificio, se
realizan los cálculos correspondientes para identificar los consumos mensuales
y anuales de las áreas del edificio (Ecuaciones 1 y 2). Si el área cuenta con
equipos trifásicos se hace necesario aplicar la Ecuación 3, ésta ecuación es
válida si el sistema trifásico está balanceado.
• Áreas de mayor consumo:
Para identificar el porcentaje de
consumo mensual que le corresponde a las distintas áreas del edificio, se parte
de la información obtenida durante el análisis de la instalación realizado
previamente.
• Consumo energético de los equipos:
Para analizar el consumo de los
diferentes equipos de las instalaciones, se propone organizar estos en grupos
dependiendo del tipo de carga: Iluminación, Equipos ofimáticos (Impresora,
Fotocopiadora, Computador, etc.) Electrodomésticos (Estufa, Nevera, Televisor, etc.),
Acondicionamiento (Ventilador, aire acondicionado, etc.) y Otros; esto facilita
identificar los equipos que presentan mayor porcentaje de consumo de energía
eléctrica.
2.2.2
Análisis consumos históricos
Los consumos registrados en las
facturas de meses anteriores ilustran el comportamiento del consumo de energía
eléctrica real del edificio. En un caso ideal estos consumos serían iguales mes
a mes, sin embargo en la practica el consumo varía por diferentes factores
como: vacaciones, actividades extras, mantenimientos, etc. por lo que es
necesario determinar un consumo mensual promedio (Ecuación 4).
• Consumo estimado vs Consumo real
El consumo obtenido mediante el inventario de equipos debe
corresponder al consumo promedio obtenido mediante las facturas de energía,
claro está, bajo una situación ideal. Sin embargo, en la práctica los
resultados obtenidos presentan diferencias, ya que es difícil conocer con
exactitud datos como número de horas de uso de un equipo, en este caso se hacen
estimaciones. Se asume un margen de error, donde se considera resultados bien
calculados si la diferencia entre consumo real y consumo estimado es ± 10% [4].
2.2.3 Análisis encuestas hábitos de consumo
Las
encuestas realizadas brindan información sobre buenos y malos hábitos de
consumo de energía por parte del personal del edificio. El propósito es
observar la influencia de los malos hábitos en el consumo de energía del
edificio, pues en ocasiones los elevados consumos de energía obedecen a uso
ineficiente de equipos eléctricos, ya sea por desconocimiento de pautas de
ahorro de energía o por falta de concientización.
2.3 Identificación del
potencial de ahorro.
Generalmente
el uso ineficiente de equipos de oficina, electrodomésticos y demás aparatos
consumidores de energía, la falta de mantenimiento periódico tanto de los
equipos como de las instalaciones eléctricas, los malos hábitos de consumo y
sobre todo el desconocimiento de cómo se está utilizando la energía en las
instalaciones, son causantes de altos consumos de energía. Por lo tanto, para
identificar el potencial de ahorro en una edificación se deben plantear
preguntas como: ¿Cuál es el proceso, el grupo o equipo donde se presenta el
mayor porcentaje de consumo de energía?, ¿Qué implica el aumento del consumo?,
¿Se puede eliminar, modificar o sustituir este proceso, grupo o equipo?
Es común
que los equipos de mayor consumo sean indispensables para el proceso productivo
que se realiza en el edificio, impidiendo ser eliminados o modificados, o que
existan limitaciones para realizar modificaciones en su estructura con el fin
de aprovechar luz natural. Estos aspectos se deben tener en cuenta al
identificar el potencial de ahorro eléctrico en un edificio.
2.4 Propuestas de medidas de ahorro
Las
medidas de ahorro de energía eléctrica a implementarse en un edificio pueden o
no requerir de inversiones económicas, por ejemplo, concientizar al personal
hacia el uso racional de la energía no requiere de inversiones económicas y la
reducción en el consumo es inmediata, por otra parte, el cambio de equipos
viejos u obsoletos por tecnologías más eficientes y la implementación equipos
eléctricos sencillos como temporizadores o sensores, requieren de una inversión
económica considerable cuyo tiempo de recuperación es generalmente mayor a un
año, mientras que la implementación de sistemas de energías renovables
requieren grandes inversiones económicas, cuyo tiempo de recuperación es
generalmente mayor a 10 años.
Según [4], estas medidas pueden
conseguirse a través de uno o varios de los siguientes aspectos:
- Modificación de los hábitos y pautas de consumo.
- Inversión económica.
-
Cambios en la gestión.
Para
determinar las medidas de ahorro se requiere tener un alto nivel de
conocimiento acerca del comportamiento energético del edificio, cómo es la
demanda de energía y dónde se presenta el mayor consumo, por lo tanto, para el
diseño de las medidas de ahorro se debe partir de los resultados obtenidos
durante las Fases 1, 2 y 3. Finalmente, aplicar procedimientos que permitan analizar
la relación costo – beneficio, es decir, cuantificar la inversión, el ahorro de
energía obtenido y el tiempo de recuperación de la inversión para cada una de
las medidas de ahorro que se planteen y así determinar cuál o cuáles son las
más apropiadas para ser implementadas.
3. Resultados y Discusión
El procedimiento diseñado se aplicó al sector Santo Domingo
de la Universidad del Cauca. Este comprende cuatro (4) edificios: claustro
Santo Domingo, claustro El Carmen, la Unidad de Salud y el Instituto de
Posgrados localizado en la Casa Rosada; edificios de arquitectura clásica
localizados en el centro histórico de la ciudad de Popayán, separados entre sí
no más de dos cuadras (Figura 2). Para el registro del consumo de energía eléctrica
de estos edificios existe un único medidor localizado en el claustro Santo
Domingo, por lo que llega solo una única factura de cobro de la Empresa Municipal
de Energía Eléctrica S.A. lo cual dificulta conocer el consumo mensual de
energía de cada uno de los edificios
Figura
2.
Mapa edificios Sector Santo Domingo
Fuente:
Google Maps
3.1 Análisis de la instalación
3.1.1 Observación
instalaciones eléctricas y características de edificios sector Santo Domingo
Los edificios universitarios e históricos,
presentan particularidades y desafíos para un buen análisis de la instalación,
ya que presenta variedad de sitios como: oficinas administrativas, de
profesores, de investigadores, salones de clase, cafeterías, bibliotecas, que
exigen organizar un plan de acción con cuidado.
El plan de acción determinó iniciar
con la recolección de la información por el edificio El Carmen, debido a que
presenta menor complejidad por ser un edificio compuesto principalmente de
oficinas y salones de clase, luego se continuó con los edificios de la Unidad
de Salud y la Casa Rosada, que son edificios de menor tamaño y finalmente el
claustro Santo Domingo que comprende salones, oficinas administrativas,
auditorios e incluso la planta de emergencia y una subestación eléctrica.
Durante el proceso de análisis de la instalación se
encontraron problemas debidos a los acabados históricos propios de los
edificios y en general mala distribución de luminarias e interruptores, que
influyen significativamente en el consumo energético del sector. La Tabla 3
consigna la información relacionada con el estado de las instalaciones
eléctricas y el diseño de los edificios del sector Santo Domingo.
Tabla 3. Estado instalaciones eléctricas y características de diseño
del sector Santo Domingo.
3.1.2 Inventario de equipos consumidores de energía eléctrica
en sector Santo Domingo
Mediante el inventario de equipos se obtuvo información sobre
la cantidad y tipos de equipos consumidores de energía de cada edificio del
sector Santo Domingo. La Tabla 4 contiene una muestra de los 2.203 equipos
obtenida durante el inventario realizado en el claustro Santo Domingo.
Tabla 4. Inventario de
equipos consumidores de energía eléctrica en el claustro Santo Domingo.
3.1.3
Recopilación consumos históricos del sector Santo Domingo
Se consideraron 24 facturas de consumo de energía eléctrica
del sector Santo Domingo correspondiente a los meses de Enero de 2012 hasta
Diciembre de 2013. De toda la información brindada en las facturas, es relevante
para el desarrollo del proyecto considerar:
1. Consumo mensual energía activa
2. Periodo de facturación
3. Tarifa promedio no regulada
4. Tarifa promedio regulada
5. Consumo mensual energía reactiva
6. Tarifa energía reactiva
7. Cobros extras.
La tarifa mensual para el KWh esta
determinada por la suma de dos tarifas: cargos regulados y cargos no regulados.
Al promediar las tarifas se obtiene una tarifa promedio mensual de $232,9 por
KWh. La moneda usada es peso colombiano. Con respecto al consumo de energía
reactiva; el promedio en el sector Santo Domingo durante los últimos dos años
es de 1,54 KVArh con una tarifa mensual promedio $107,77
3.1.4 Encuestas hábitos de
consumo en el sector Santo Domingo
La
encuesta se aplicó al azar a una muestra de
120 personas, 54 empleados administrativos, 16 docentes y 50 estudiantes
del sector Santo Domingo. La tabla 5 consigna las preguntas realizadas.
Tabla 5. Tipos de preguntas realizadas en sector Santo Domingo.
Para las
diversas preguntas se diseñaron respuestas tipo seleccionables. Tres fueron las
opciones planteadas: Siempre / Casi siempre / Algunas veces / Nunca / No es
posible, Bueno / Muy bueno / Regular / Malo, Sí / No.
3.2 Análisis de la información
3.2.1 Análisis de equipos consumidores de energía eléctrica según
inventario
Según el
inventario de equipos consumidores de energía eléctrica en el sector Santo
Domingo Se estimó un consumo mensual de energía de aproximadamente
20.298,61KWh, del cual el 49% corresponde
al Claustro Santo Domingo, el 33% al Claustro El Carmen, el 12% a la
Unidad de Salud y finalmente el 6% a la Casa Rosad, ver Tabla 6.
Tabla 6. Distribución del consumo de energía por edificio en el
sector Santo Domingo.
El mayor consumo de energía en el
sector Santo Domingo se ve reflejado en el sistema de Iluminación, pues este
representa el 64% del consumo total, ver Tabla 7. Esto se debe a la existencia
de 1750 luminarias, de las cuales el 92% son fluorescentes con potencias
variables de 17W a 100W y de 150W a 400W en el caso de los reflectores, las
cuales están encendidas un promedio de 5 horas a día.
Tabla 7. Distribución del consumo de energía por grupos de cargas en
sector Santo Domingo.
La distribución del consumo mensual de energía por grupo en
cada edificio es similar, siendo la iluminación la que demanda mayor porcentaje
de energía en el Claustro Santo Domingo, Claustro El Carmen y la Casa Rosada,
sólo en la Unidad de Salud el mayor consumo de energía se ve reflejado en los
equipos ofimáticos, ver Tabla 8.
Tabla 8. Distribución estimada
por grupos de consumo eléctrico edificios sector Santo Domingo.
Usando la
tarifa promedio KWh de consumos históricos, se estimó un consumo por año
aproximado en todo el sector Santo Domingo de 243.583,32 KWh, equivalente a
$56’672.259,21.
3.2.2 Análisis consumos históricos
El
consumo mensual del sector Santo Domingo durante el 2012 y el 2013 exhibe un
comportamiento variable, donde se logra evidenciar que se presenta una
disminución en el consumo durante los meses de vacaciones correspondienes a
enero, febrero, julio y agosto (Figura 3). Se calcula un consumo mensual
promedio de 20.167 KWh.
FIGURA 3. Consumos históricos sector Santo
Se calculó un consumo real anual aproximado 242.004 KWh
equivalente a $56’360.009,1.
• Consumo
Estimado vs Consumo Real
El consumo energético estimado
mediante el inventario de equipos es de 20.298,61 KWh y el consumo real
determinado promediando las facturas recolectadas es 20.167 KWh, para una
diferencia de 131,61 KWh equivalente al 0,66% del consumo real, obteniendo un
resultado mucho más acotado a cero que el recomendado en [3].
3.2.3 Análisis
encuestas hábitos de consumo
Las
encuestas realizadas a administrativos, docentes y estudiantes del sector Santo
Domingo permiten identificar cuatro aspectos principales que implican de manera
indirecta un aumento en el consumo mensual de energía eléctrica del sector:
• Desconocimiento del uso eficiente de equipos
• Falta de concientización
• Limitaciones en los circuitos de iluminación
• Limitaciones por características históricas de los edificios.
Es de
importancia y utilidad para el planteamiento de medidas de ahorro que el 100%
de los encuestados, manifestaran como positivo que la institución ponga en
marcha un plan de uso racional de la energía eléctrica y campañas informativas,
entre empleados y estudiantes para reducir el consumo energético en el centro
educativo.
3.3 Identificación del
potencial de ahorro
En 3.2.1
se evidencia que las lámparas fluorescentes equivalen al 92% de la luminaria
actual, sin embargo la iluminación es el grupo que representa el 64% del
consumo total de energía. Esto se explica debido a las características de pobre
iluminación natural de los edificios históricos, que conlleva una alta cantidad
de lámparas y un uso continuo de las mismas. Por lo tanto, se considera un
potencial de ahorro eléctrico el cambio de las luminarias “ahorradoras” por
tecnologías más eficientes; pero en consonancia con una campaña cultural de uso
racional de la energía eléctrica, entre empleados y estudiantes del sector,
para mejorar los hábitos de consumo. Este es un componte importante del
potencial de ahorro eléctrico que se debe tener en cuenta si se quiere lograr
un ahorro económico aún mayor en el consumo mensual.
3.4 Propuestas de medidas
de ahorro
Las
propuestas de medidas de ahorro que se plantean a continuación son consecuencia
de los resultados obtenidos durante la realización de las tres primeras fases,
por lo tanto para disminuir el consumo de energía en el sector Santo Domingo se
propone:
• Cambio de la luminaria actual por luminaria más eficiente.
• Promover el uso racional y eficiente de la energía.
• Instalación de sensores de presencia para el encendido y
apagado de luminarias en áreas comunes.
• Mantenimiento y limpieza de las ventanas, claraboyas,
cubiertas y demás instalaciones que permiten optimizar la iluminación natural.
• Modificación y redistribución de lámparas, tomacorrientes e
interruptores en áreas específicas.
•
Mantenimiento de
instalaciones eléctricas.
Cada una
de las anteriores medidas de ahorro requiere de un análisis técnico y
económico, en el cual se determine el
ahorro esperado, la inversión necesaria, los beneficios y el tiempo de
recuperación de la inversión. En el presente trabajo se aborda en detalle la medida
de ahorro correspondiente al cambio de la luminaria actual por luminaria más
eficiente.
3.4.1 Cambio de luminaria
actual por luminaria más eficiente
Las
lámparas fluorescentes consumen hasta trece veces menos potencia que las
lámparas incandescentes, emiten más luz que las incandescentes de la misma
potencia, su luz es más uniforme y su área de iluminación es mayor, el foco se
calienta mucho menos que las incandescentes y la vida útil esta entre 5000 y
7000 horas, sin embargo son fuente de discusión debido a los graves problemas
de contaminación por gases de mercurio que conlleva esta tecnología cuando
sufren ruptura o son recicladas [14]. Por lo que, el desarrollo de la
tecnología Led de luz blanca brinda una alternativa de iluminación eficiente.
Esta tecnología presenta grandes ventajas en comparación a focos incandescentes
y lámparas fluorescentes. Las lámparas Led presentan requerimientos bajos de
voltaje y consumo lo que las hace más eficientes, consumen aproximadamente un
90% menos que las incandescentes de uso común y el 30% menos que la mayoría de
las lámparas fluorescentes, además no contienen ninguna sustancia toxica [15].
Con lo anterior se observa que
plantear como medida de ahorro el cambio de las luminarias existentes por
luminarias Led es una opción para disminuir el consumo eléctrico del sector. La
desventaja más grande que presenta la tecnología Led es su elevado costo con
respecto a la luminaria fluorescente. Por lo tanto, para determinar el impacto
económico y de consumo energético en el sector al implementar ésta medida, es
necesario determinar una relación costo-beneficio.
3.4.2 Análisis costo - beneficio
Para realizar el análisis costo -
beneficio del cambio de luminarias del sector Santo Domingo a Leds se realizan
las siguientes actividades [16]:
• Clasificar la luminaria actual existente en el sector Santo
Domingo.
• Identificar el tipo de luminaria Led que reemplazaría la
luminaria actual.
• Estimar el consumo mensual de energía eléctrica con la
luminaria Led.
• Calcular el ahorro energético con el cambio de luminarias.
• Determinar el costo total tanto de la tecnología actual como
de la tecnología Led.
• Calcular el tiempo de recuperación de la inversión en la
tecnología led.
A continuación se presenta el
desarrollo de cada una de las actividades.
• Clasificación luminaria existente
De acuerdo a la tabla de inventario la Tabla 9 resume y
clasifica los tipos de luminarias existentes, cantidad y potencia y su
correspondiente consumo mensual.
Tabla 9. Consumo de energía mensual según el tipo de lámpara en el
sector Santo Domingo.
• Identificación tipo de luminaria Led que reemplazaría a
luminaria actual
Existen lámparas Led de diversas
formas, tamaños y potencias, sin embargo para determinar el tipo de luminaria
Led que reemplace los distintos tipos de lámparas se debe contemplar aspectos
como: tipo de lámpara, potencia, dimensiones, tipo de base, flujo luminoso,
eficacia lumínica y temperatura de color [13].
Para el
caso Santo Domingo la tabla 10 recoge el grupo de lámparas Led para sustituir
las lámparas actuales. La equivalencia a luminarias Led no se realiza para
Tubos fluorescentes T5 ya que un tubo Led T5 no es muy eficiente lumínicamente
debido a sus dimensiones.
Tabla 10. Equivalencia luminaria actual y luminaria Led.
• Consumo mensual de energía eléctrica con luminaria Led
De
acuerdo a las horas de uso de las lámparas existentes y según las
características de las lámparas Led seleccionadas, se estimó el nuevo consumo
mensual del sector. El Consumo mensual l del grupo Iluminación con las lámparas
actuales es 13.021,43 KWh, mientras que el consumo con las lámparas Led seria
6.525,78 KWh; obteniéndose un ahorro
total de 49,88% en el consumo de la iluminación.
La Tabla 11 presenta el consumo actual del grupo Iluminación
y el consumo estimado con el cambio de luminarias.
Tabla 11. Comparación consumos mensual luminaria
actual y consumo
• Cálculo ahorro energético con el cambio de luminarias
La medida
de ahorro solo tiene en cuenta cambio de luminarias, por lo que el consumo de
Equipos Ofimáticos, Electrodomésticos, Acondicionamiento y Otros seguirá siendo
el mismo.
Al
implementarse el cambio de luminarias en el sector Santo Domingo se obtiene un
consumo energético mensual aproximado de 13.802,95 KWh con un ahorro de
6.495,66 KWh, disminuyendo el consumo total del sector en un 32% del consumo
mensual actual (Figura 4). Teniendo en cuenta el nuevo consumo mensual de
13.802,95 KWh, se proyecta un consumo anual en el sector Santo Domingo con
luminaria Led de aproximadamente 165.635,04 KWh equivalente a $38’576.400,816
anuales.
• Costo total luminaria actual
Los tubos fluorescentes y los reflectores
necesitan de Reactancias o Balastos los cuales proporcionan la tensión de
encendido para el arranque de la lámpara, así como la tensión de operación
necesaria para que funcione la lámpara, proporcionándole un voltaje continuo,
un balasto puede encender una o más lámparas. Por lo tanto los balastos se
deben tener en cuenta en el cálculo del costo de la luminaria actual. Los
cálculos que se describen en la Tabla 12 no tienen en cuenta el costo de mano
de obra.
Figura
4. Comparación consumo actual y consumo
Tabla
12. Cálculo del costo luminaria actual
El costo inicial de
las lámparas actuales es de $20’335.000 y teniendo en cuenta que esta luminaria
tiene un promedio de vida útil de un año, ésta inversión se debe hacer cada
año. Por otra parte, el costo inicial de las reactancias actuales es de
$9’327.000 pero a iferencia de las lámparas, los balastos tienen un promedio de
vida útil de tres años, por lo tanto la inversión en balastos se debe hacer cada
tres años, con un promedio de costo por año de
$3’109.000. Por lo
tanto, teniendo en cuenta el costo y vida útil de las lámparas y costo promedio
anual del cambio de balastos, se obtiene una inversión en la luminaria actual
de $23’444.000 al año.
• Costo total
luminaria Led
A diferencia de las
lámparas fluorescentes, las lámparas Led no necesitan balastos, estas funcionan
conectándose directamente a la red eléctrica. Los costos promedios de las
luminarias Led a septiembre de 2016 se presentan en la Tabla 13 [17].
Tabla 13. Cálculo inversión luminaria Led
Las
lámparas Led no requieren mantenimiento ni uso de balasto, por lo tanto la
inversión inicial de las lámparas Led es de $93.983.744 [17].
• Costo total anual con luminaria actual
Teniendo en cuenta la Tabla 12 y el
tiempo de vida útil de las lámparas y de los balastos actuales, se obtiene un
costo anual de $80’116.259,21 que incluye el costo por consumo energético,
mantenimiento anual de balastos y compra de lámparas actuales, ver Tabla 14.
Tabla 14. Costo consumo energético y mantenimiento anual de luminaria
actual.
• Costo total anual con luminaria Led
Como las luminarias Led no requieren
mantenimiento y tienen una vida útil de ocho (8) años, el costo anual
corresponderá únicamente al consumo de energía al año, durante los ocho años
siguientes a instalación de las luminarias Led, el cual se estimó en $38’576.400,816,
De esta
manera al implementarse el cambio de la tecnología actual por tecnología Led,
se obtiene un ahorro anual de $41’539.858. Se determina que la inversión en las
luminarias Led se recupera durante los dos punto tres (2,3) años siguientes a
la implementación de la medida de ahorro.
3.4.3 Mejora de hábitos de consumo de energía eléctrica.
Tecnología eficiente de la
mano con buenos hábitos de consumo energético producen una reducción
significativa del consumo de energía mensual. Por lo tanto, se propone realizar
una campaña de información y concientización en torno al uso eficiente de la
energía eléctrica dirigida a la comunidad universitaria (Empleados
administrativos, servicios varios, docentes y estudiantes).
4. Conclusiones
Se diseñó
una guía sistemática que permite realizar el estudio del potencial de ahorro
eléctrico en una edificación, organizado en cuatro fases: Análisis de la
instalación, Análisis de la Información, Identificación del potencial de ahorro
y Propuestas de medidas de ahorro. Esta brinda las orientaciones necesarias
para realizar el estudio del consumo energético actual de un edificio o sector,
para derivar potenciales medidas de ahorro soportadas en una evaluación
económica.
Se aplicó la guía al
sector Santo Domingo, conformado por cuatro edificios: claustro Santo Domingo,
claustro El Carmen, Casa Rosada y la Unidad de Salud. Se obtuvo que el consumo
mensual estimado del sector es de 20.298,61KWh distribuidos de la siguiente
manera: Santo Domingo con 9.900,14 KWh equivalente al 49% del total, El Carmen
con 6.600,22 KWh equivalente al 33% del total, la Unidad de Salud con 2.489,12
KWh equivalente al 12% del total y finalmente la Casa Rosada con 1.309,13Kh
equivalente al 6%. En cuanto al consumo por equipos, se obtuvo que la Iluminación
presenta un consumo estimado de 13.021,43 KWh equivalente al 64% del consumo
total, convirtiéndose en el grupo de mayor consumo en el sector.
En la
aplicación del procedimiento al caso de estudio se identificó como principales
potenciales de ahorro energético el cambio de la luminaria actual por luminaria
más eficiente y la realización de una campaña de información y concientización
sobre el uso eficiente de la energía eléctrica en el sector. Para el cambio de
luminarias se propuso el cambio a la tecnología Led, realizando una proyección
del consumo mensual aproximada a 13.802,95 KWh, representando un ahorro
energético del 32%. Finalmente, mediante el análisis de relación
costo-beneficio se obtuvo un tiempo de recuperación de inversión de 2.3 años a
partir de la implementación de la medida de ahorro.
Realizar
un completo análisis del consumo de energía en las instalaciones es la base
para identificar los potenciales de ahorro y diseñar las medidas de ahorro,
donde el análisis del costo-beneficio es una parte fundamental para seleccionar
las que mejor se ajusten a la organización.
5. Referencias
[1] ARR G. O. Lahoud, “la importancia de los recursos naturales
renovables y no renovables para la defensa nacional”, Instituto de
investigación en ciencias sociales. Universidad del Salvador. Buenos Aires,
Argentina, 2004.
[2] Cumbre sobre el desarrollo sostenible “Energía”,
Johannesburgo, Sudáfrica, 2002.
[3] “Win the energy challenge with ISO
50001” www.iso.org. [En línea]. Available:
http://www.iso. org/iso/iso_50001_energy.pdf. [Último acceso: 3 Septiembre
2015].
[4] “Guía de ahorro y efieciencia energética en despachos y
oficinas” Dirección General de Industria, Energía y Minas, Fundación de la
Energía de la Comunidad de Madrid, 2007.
[5] J. H. Hernández López, R. León Velázquez, “Diagnóstico
energético y elaboración de propuestas de uso eficiente de energía eléctrica
para una institución educativa” Impulso, revista de electrónica, eléctrica y
sistemas computacionales. 2005.
[6] J. Correa, A. Borroto, M. Alpha. “Diseño y aplicación de un
procedimiento para la planificación energética según la NC-ISO 50001:2011”.
Ingeniería Energética Vol. XXXV, No. 1/ 2014 p.38-47, Enero/Abril, ISSN
1815 –
5901
[7] Unidad de Planeación Minero Energética “Programa de Uso
Racional y Eficiente de Energía y Fuentes No Convencionales en Colombia”.
Ministerio de Minas y Energía. Colombia. 2012. [En línea]. Available:
https://www.minminas.gov. co/documents/10180/558752/Informe_Final_Consultoria_Plan_de_accion_Proure.pdf/e8cdf796d7b1-4bb1-90b9-e756c7f48347.
[Último acceso: 10 Septiembre 2014].
[8] ICONTEC. “Norma Técnica Colombiana NTC-ISO 50001”.
Colombia. 2012.
[9] Ley 1715. Integración de las energías renovables no
convencionales al Sistema Energético Nacional, Republica de Colombia, 2014.
[10] A. Gaviria Rojas, M. F. Sandoval Mera. “Implementación y
evaluación de un sistema de gestión de uso eficiente de energía en la
Universidad Autónoma de Occidente”. Universidad Autónoma de Occidente, Cali,
Colombia. 2012.
[11] R. Castaño, A. González, E. Ciro. “Mejoramiento de la
eficiencia energética en la industria del cemento por proceso húmedo a través
de la implementación del sistema de gestión integral de la energía”. Dyna, año
80, Edición 177, pp. 115-123, Medellín. 2013. ISSN 0012-7353
[12] L. F. Millán Castaño, “Diseño de una Estrategia para la
Revisión Energética de la Clínica Nuestra Señora del Rosario”, Universidad
autónoma de Occidente, Cali. 2013.
[13] W. León, Interviewee, Eficiencia Energética Compañía
Energética de Occidente. [Entrevista]. 3 Febreo 2013.
[14] Secretaría del Medio Ambiente, “Informe de residuos de
lámparas fluorescentes”, México D.F, 2002.
[15] Monolitic, “Tecnología Led” [En línea]. Available:
http://electromain.com/documentos/ExpositoresRev_02_11.pdf. [Último acceso: 2
Abril 2014].
[16] TAO Iluminación, “TAO Iluminación arquitectura diseño” [En
línea]. Available: http://www. taoiluminacion.com/Ficheros/descripciones.pdf.
[Último acceso: 24 Abril 2014].
[17] Cotización 2016. ROI Evolución Energética SAS.
www.roigroup.la