Aplicaciones de la Julio Ingeniería ero 3 - ECORFAN · GALICIA-PALACIOS Alexander. ... Maricela, SILVA-DZIB, Ismael y ARCEO-DÍAZ, ... Diseño e implementación de una tarjeta de

Revista de

Aplicaciones de la

Ingeniería

Volumen

3, Nú

mero

8 – Julio –

Sep

tiembre -201

6

ECORFAN®

ISSN 2410-3454

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Julio a Septiembre -2016, es una

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Fernando. ISSN-En línea: 2410-3454

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actualizado al 30 de Septiembre 2016.

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ECORFAN, es una revista de investigación que pública artículos en las áreas de: Aplicaciones de la

Ingenieria.

En Pro de la Investigación, Enseñando, y Entrenando los recursos humanos comprometidos con la

Ciencia. El contenido de los artículos y opiniones que aparecen en cada número son de los autores y no

necesariamente la opinión del Editor en Jefe.

Como primer articulo está Diseño e implementación de metodología para la elaboración de

diagnósticos energéticos por SIFUENTES, David, MARTÍNEZ, Estrella y BERUMEN, Giovanni con

adscripción en la Universidad Tecnológica de Durango, como siguiente artículo está Prototipo de un

Sistema Fotovoltaico Autónomo por MOLINA-GARCÍA, Moisés y MELCHOR-HERNANDEZ,

César, como siguiente artículo está Estrategias de Mantenimiento por FERNÁNDEZ, Tomás,

MIRANDA, Francisco y ROCHA Elpidio, como siguiente artículo está Control de un proceso de

acondicionamiento de aire mediante Plc y pantalla HMI por MIRANDA, Francisco, ROCHA, Elpidio

y FERNÁNDEZ, Tomás, como siguiente artículo está Reconstrucción Robusta de Imágenes

Multiespectrales de Percepción Remota en GPUs por RAMÍREZ-ZAPATA, Rodrigo, CASTILLO-

ATOCHE, Alejandro, MORENO-SABIDO, Mario, BLANCO-VALDEZ, Magnolia, como siguiente

artículo está Tablero para prácticas de Termografía Infrarroja por ESTRADA, Francisco y

FERNANDEZ, Luis, como siguiente artículo está Diseño de un convertidor de potencia eléctrico para

obtener menos pérdidas de energía por AUSTRIA, León, NORIEGA, Raymundo, CANALES, Benito

y RUIZ, Luis, como siguiente artículo está Diseño e implementación de una tarjeta de control para un

actuador lineal de una impregnadora de papel por GIRÓN-REYES, Jesús, SÁNCHEZ-LÓPEZ,

Héctor, ROJAS-OLMEDO, Israel y HERNÁNDEZ-GONZÁLEZ, Daniel, como siguiente artículo está

Sistema de Gestión de demanda eléctrica basada en la Web por MORENO-DZUL, Julio, ÁLVAREZ-

IBARRA, Maricela, SILVA-DZIB, Ismael y ARCEO-DÍAZ, Rocío con adscripción en la Universidad

Tecnológica de Cancún, como siguiente artículo está Gestión de Mantenimiento Centrado en

Confiabilidad en el área de laboratorios de una Institución de Educación Superior por FORNES-

RIVERA, René, OCHOA-ESPINOZA, Luis, CANO-CARRASCO, Adolfo y GONZÁLEZ-

VALENZUELA, Elizabeth con adscripción en el Instituto Tecnológico de Sonora, como siguiente

artículo está Metodología para el aprovechamiento de la iluminación natural en los edificios y la

cuantificación de sus beneficios energéticos por HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ, Alberto y

MORILLÓN-GÁLVEZ, David con adscripción en la Universidad Nacional Autónoma de México.

Como siguiente artículo está Eficiencia en la producción de energía de un panel fotovoltaico a

diferente inclinación en Nuevo Vallarta, Nayarit por FLETES, Noé, PAREDES, César y DIBENE,

Luis con adscripción en la Universidad Tecnológica de Bahia de Banderas, como siguiente artículo está

Efectos del polvo en el desempeño de un arreglo fotovoltaico instalado en un clima costero por

FLETES, DIBENE-ARRIOLA, Luis, PAREDES-VÁZQUEZ, César y MESSINA-LÓPEZ, como

siguiente artículo está Simulación numérica de un intercambiador de calor terrestre vertical tipo “U”

usando condiciones de frontera de zona costera por COLORADO-GARRIDO, Darío, ANTONIO-

GONZÁLEZ, Vicente, SILVA-AGUILAR, Oscar y HERRERA-ROMERO, J.Vidal con adscripción en

la Universidad Veracruzana, como siguiente artículo está Análisis Termográfico y Propuesta de

Mejoras para la Eficiencia Energética del Edificio de Docencia #1 por MAYORQUIN-ROBLES,

Jesús, MEDINA-MUÑOZ, Luis, RODRÍGUEZ-SENDAY, José y VILLALVAZO-LAUREANO,

Efraín, como siguiente artículo está Tabique aislante sustentable por CRUZ-CAMARGO, Pedro y

DOMÍNGUEZ-NORIEGA, Alonso.

.

Contenido

Artículo Página

Diseño e implementación de metodología para la elaboración de diagnósticos

energéticos

SIFUENTES, David, MARTÍNEZ, Estrella y BERUMEN, Giovanni.

1-8

Prototipo de un Sistema Fotovoltaico Autónomo

MOLINA-GARCÍA, Moisés y MELCHOR-HERNÁNDEZ, César.

9-18

Estrategias de Mantenimiento FERNÁNDEZ, Tomás, MIRANDA, Francisco y ROCHA Elpidio.

19-27

Control de un proceso de acondicionamiento de aire mediante Plc y pantalla HMI

MIRANDA, Francisco, ROCHA, Elpidio y FERNÁNDEZ, Tomás.

28-34

Reconstrucción Robusta de Imágenes Multiespectrales de Percepción Remota en

GPUs

RAMÍREZ-ZAPATA, Rodrigo, CASTILLO-ATOCHE, Alejandro, MORENO-

SABIDO, Mario, BLANCO-VALDEZ, Magnolia.

35-43

Tablero para prácticas de Termografía Infrarroja

ESTRADA, Francisco y FERNÁNDEZ, Luis.

44-50

Diseño de un convertidor de potencia eléctrico para obtener menos pérdidas de

energía

AUSTRIA, León, NORIEGA, Raymundo, CANALES, Benito y RUIZ, Luis.

51-59

Diseño e implementación de una tarjeta de control para un actuador lineal de una

impregnadora de papel

GIRÓN-REYES, Jesús, SÁNCHEZ-LÓPEZ, Héctor, ROJAS-OLMEDO, Israel y

HERNÁNDEZ-GONZÁLEZ, Daniel.

60-64

Sistema de Gestión de demanda eléctrica basada en la Web

MORENO-DZUL, Julio, ÁLVAREZ-IBARRA, Maricela, SILVA-DZIB, Ismael y

ARCEO-DÍAZ, Rocío.

65-76

Gestión de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en el área de laboratorios

de una Institución de Educación Superior

FORNÉS-RIVERA, René, OCHOA-ESPINOZA, Luis, CANO-CARRASCO, Adolfo

y GONZÁLEZ-VALENZUELA, Elizabeth.

77-86

Metodología para el aprovechamiento de la iluminación natural en los edificios y

la cuantificación de sus beneficios energéticos

HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ, Alberto y MORILLÓN-GÁLVEZ, David.

87-98

Eficiencia en la producción de energía de un panel fotovoltaico a diferente

inclinación en Nuevo Vallarta, Nayarit

FLETES, Noé, PAREDES, César y DIBENE, Luis.

99-103

Efectos del polvo en el desempeño de un arreglo fotovoltaico instalado en un clima

costero

DIBENE-ARRIOLA, Luis, PAREDES-VÁZQUEZ, César y MESSINA-LÓPEZ,

Víctor.

104-113

Simulación numérica de un intercambiador de calor terrestre vertical tipo “U”

usando condiciones de frontera de zona costera

COLORADO-GARRIDO, Darío, ANTONIO-GONZÁLEZ, Vicente, SILVA-

AGUILAR, Oscar y HERRERA-ROMERO, J.Vidal

114-122

Análisis Termográfico y Propuesta de Mejoras para la Eficiencia Energética del

Edificio de Docencia #1

MAYORQUIN-ROBLES, Jesús, MEDINA-MUÑOZ, Luis, RODRÍGUEZ-SENDAY,

José y VILLALVAZO-LAUREANO, Efraín.

123-129

Tabique aislante sustentable

CRUZ-CAMARGO, Pedro y DOMINGUEZ-NORIEGA, Alonso.

130-138

Instrucciones para Autores

Formato de Originalidad

Formato de Autorización

1

Artículo Revista de Aplicaciones de la Ingenieria

Septiembre 2016 Vol.3 No8 1-8

Diseño e implementación de metodología para la elaboración de diagnósticos

energéticos

SIFUENTES, David†*, MARTÍNEZ, Estrella y BERUMEN, Giovanni.

Universidad Tecnológica de Durango, Carretera Durango-Mezquital Km 4.5, Gabino Santillán, 34308 Durango, Dgo.,

México

Recibido Julio 4, 2016; Aceptado Agosto 4, 2016

___________________________________________________________________________________________________

Resumen

El presente documento describe el diseño e

implementación de una metodología para elaborar

diagnósticos energéticos eléctricos. La secuencia a seguir

para realizar un correcto estudio energético es iniciar con

un diagnóstico tipo uno y de ser necesario continuar con

el tipo dos y/o tres, lo que no es del todo claro, son los

pasos a seguir dentro de cada uno de estos. Para el diseño

se realizó un análisis de la literatura, sistemas de gestión

de la energía y normativa. La metodología denominada

DESMB consta de dos etapas, dos diagramas de flujo que

explican los pasos a seguir y 14 formatos que son

evidencia del diagnóstico energético (DE). La

implementación se realizó en un sistema eléctrico (SE)

comercial tarifa 2, tras la aplicación de la etapa uno se

obtuvieron 10 problemas, mismos que dieron pie a la

realización de la etapa dos donde se realizaron

mediciones por un periodo de 10 días, la información

obtenida en esta etapa permitió determinar dos áreas de

oportunidad: instalación eléctrica e iluminación. El

DESMB sistematizó y estandarizó las actividades a

realizar dentro del SE respaldado por una serie de

evidencias documentadas que facilitaron la identificación

de áreas potenciales de ahorro energético y económico.

Diagnóstico Energético, Eficiencia Energética,

DESMG

Abstract

The current document describes the design and

implementation of a methodology to elaborate electrical

energy diagnostics. The sequence to perform a correct

energy study is to initiate with a diagnostic type one and

if necessary, continue with types two and/or three. What

is not entirely clear, are the steps to follow in each of

them. For the design, it has been made a literature

analysis, energy management systems and policy. The

methodology named DESMB consists in two phases, two

flowcharts that explain the steps to follow and 14 formats

that are evidence of energy diagnostic (ED). The

implementation was made in a rate 2 commercial electric

system (ES) rate 2. After the application of phase one, 10

problems were obtained, which led to the performance of

phase two, where measurements were made for a 10 days

period. The information obtained on this phase allowed

to determinate two opportunity fields: electric installation

and illumination. The DESMB made possible to

systematize and standardize the activities to execute in

the ES and they have been documented as evidence that

facilitate the identification of potential saving areas of

energy and cost.

Energy Diagnostics, Energy efficiency, DESMG

Citación: SIFUENTES, David, MARTÍNEZ, Estrella y BERUMEN, Giovanni. Diseño e implementación de metodología

para la elaboración de diagnósticos energéticos. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 1-8

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

* Correspondencia al Autor (Correo Electrónico: [email protected])

† Investigador contribuyendo como primer autor.

© ECORFAN-Bolivia www.ecorfan.org/bolivia

ISSN-2410-3454

ECORFAN® Todos los derechos reservados

SIFUENTES, David, MARTÍNEZ, Estrella y BERUMEN, Giovanni. Diseño e

implementación de metodología para la elaboración de diagnósticos energéticos.

Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016

2



Introducción

Para la mayoría del sector productivo el ahorro

de la energía en todas sus manifestaciones, es

una meta de suma importancia dentro del

desarrollo de la misma.

En Centro América la producción por

unidad de energía (índice energético), es alto

comparado contra los respectivos valores de los

países industrializados, el mejorar estos índices

depende del uso eficiente de la energía en los

procesos de producción (FIDE, 2010).

Dentro de las diversas manifestaciones

de la energía sin duda alguna la electricidad es

de las más utilizadas, actualmente existen

diversas estrategias y mecanismos para

conseguir el tan preciado ahorro de energía

eléctrica, tales como: la implementación de

sistemas de generación de energía eléctrica

distintos a los convencionales como la

cogeneración proveniente de energía térmica

residual del proceso mismo, la instalación de

sistemas de energía renovables aislados o

interconectados a la red y en los últimos años

los sistemas de gestión de la energía como el

ISO 50001.

Sea cual sea la actividad que se desee

implementar para tener un ahorro de energía es

necesario identificar y caracterizar el estado

actual del sistema eléctrico, esto se realiza a

través de un diagnostico energético (DE).

El DE es la parte medular de cualquier

proyecto de ahorro y eficiencia energética (EE),

ya que permitirá identificar áreas con y sin

problemas, zonas de peligro o cierto riesgo y

áreas de oportunidad para generar potenciales

ahorros, así como determinar las mejoras en las

instalaciones eléctricas y procesos.

La tipología de los DE se encuentra

dividida de acuerdo al grado de complejidad y

profundidad del análisis del sistema eléctrico,

existen tres tipos de diagnósticos: el diagnóstico

energético de primer grado o nivel uno (DEN 1)

que es básicamente una recolección preliminar

de información a través de una inspección

visual y/o entrevistas con los encargados de

diversas áreas con la finalidad de identificar

fuentes evidentes de algún posible

mejoramiento en el uso de la energía; el

diagnóstico energético de segundo grado o

nivel dos (DEN 2) es continuación del DEN 1,

en este diagnóstico se analizan a profundidad

los flujos de energía a través de mediciones con

equipo básico (multímetros, luxómetros, etc.) e

implica la inversión de tiempo y dinero; y

finalmente el diagnóstico energético de tercer

grado o nivel tres (DEN 3) consiste en un

análisis exhaustivo de las condiciones de

operación y el diseño de la instalación,

mediante el uso de equipo especializado de

medición y control, en estos diagnósticos, es

común el uso de técnicas de simulación de

procesos, se requiere mayor cantidad de tiempo

para realizarlo (CONUEE, 2016).

Es claro que la secuencia a seguir para

realizar un correcto estudio energético es iniciar

con un diagnóstico tipo uno y de ser necesario

continuar con el tipo dos y/o tres, pero, lo que

no es del todo claro son los pasos a seguir

dentro de cada uno de los diagnósticos, ¿qué

observo y qué pregunto en el DEN 1?, dentro

del DEN 2: ¿qué mido?, ¿dónde lo mido?,

¿cuánto tiempo lo mido?, así mismo surge otro

cuestionamiento aún más complejo, ¿cómo

determino el pasar de un diagnóstico a otro?, es

decir, en base a qué determino si el proyecto de

eficiencia energética está sólidamente

sustentado con solo un DEN 1 o si es necesario

realizar un DEN 2 o si se requiere invertir una

cantidad mayor de tiempo y dinero en un DEN

3.

ISSN-2410-3454





3



Si bien, la respuesta a cada uno de estos

cuestionamientos puede depender de la pericia,

experiencia, dominio de la normatividad y

conocimientos sobre tópicos de energía de cada

especialista, es necesario seguir un camino que

facilite el tránsito hacia la identificación de

áreas de oportunidad de ahorro energético y

económico.

La presente investigación tiene como

objetivo diseñar una metodología para la

elaboración de diagnósticos energéticos con

énfasis en tópicos eléctricos para implementarla

en un sistema productivo. El artículo se

encuentra dividido en tres secciones:

antecedentes; donde se realiza una revisión de

la literatura existente sobre el tema de

diagnósticos energéticos, desarrollo; en el cuál

se explica a detalle la forma en la que se

estructuró la metodología denominada DESMB

y finalmente los resultados obtenidos tras la

implementación de la metodología en un

sistema productivo con tarifa 2.

Antecedentes

Proyectos de Eficiencia Energética (EE), ahorro

de energía, uso eficiente de la energía existen al

por mayor y la manera de realizarlos es

igualmente basta, algunos de ellos no dejan en

claro la forma en la que se determinó el área de

oportunidad de ahorro y otros siguen una

metodología determinada.

En el artículo denominado “Análisis de

la eficiencia energética de la industria española

y su potencial de ahorro” pretende conseguir

dos objetivos, el primero de ellos es obtener las

demandas condicionadas de los factores que

participan en el proceso productivo de las

empresas, para posteriormente calcular para

cada factor las distintas medidas de eficiencia

económica, centrando el análisis en el uso

óptimo de los factores energéticos (Aranda,

Scarpellini, & Feijoó, 2003).

El segundo objetivo es la realización de

Diagnósticos Energéticos (DE) a las empresas,

el cual sigue una metodología dividida en cinco

fases:

- Selección de sectores y subsectores

objeto de estudio.

-

- Selección de entidades a analizar dentro

de dichos sectores y subsectores.

- Medidas a analizar en cada entidad

estudiada.

- Modo de relación de los diagnósticos a

dichas entidades.

- Extrapolación de los resultados de los

diagnósticos del sector industrial.

Los resultados obtenidos para el

segundo objetivo fueron la detección de áreas

de oportunidad en ahorro térmico y eléctrico en

tres sectores: metal, químico y agroalimentario

(Aranda, Scarpellini, & Feijoó, 2003).

Por otra parte, Morato (2009) presenta

su artículo “Reducción de gasto energético

eléctrico usando seis sigma” en el cual ilustra

un ejemplo de aplicación de la metodología

Seis Sigma en los modelos de gestión

energética para la Reducción de Gasto

Energético Eléctrico en un parque industrial.

ISSN-2410-3454





4



Dentro de este artículo se explica la

manera de aplicar la metodología de solución

de problemas DMAMC: Definir, medir,

analizar, mejorar y controlar. Dentro de la etapa

de Definición el proyecto se enfoca desde la

ecuación básica para resolver problemas desde

Seis Sigma: Y= f(x), donde Y es la variable

dependiente y X la variable independiente, para

el caso del proyecto energético Y es el consumo

(kw/h) y las variables independientes fueron

declaradas mediante diferentes discusiones del

equipo de trabajo definiendo las siguientes:

motores, factor de potencia, iluminación,

aplicaciones térmicas, sistemas de distribución

y manejo operacional (Orozco, 2009).

El artículo “Desarrollo de un estudio

energético en el sistema de aguas de la empresa

CEMONOSA” expone un estudio energético

con la intención de identificar las áreas de

oportunidad para el ahorro de energía eléctrica

y emprender acciones de control. En este

artículo se presenta una metodología para

elaborar un DE que se sustenta en la estructura

seguida en los proyectos de ahorro de energía,

misma que contempla implícitamente

metodologías básicas en la elaboración de

proyectos de inversión, que incluyen

planeación, organización, dirección y control.

Los pasos a seguir dentro de esta

metodología son los siguientes (Cázares, A., &

Ybarra, 2005):

1. Planificación del diagnóstico

2. Recopilación y revisión de datos

3. Complementar trabajo preparatorio

4. Trabajo de campo y mediciones

5. Sistematización y análisis de datos

6. Identificación y análisis de

oportunidades y medidas de ahorro de

energía

7. Elaboración de conclusiones con el

personal de la empresa

8. Elaboración del informe definitivo

(Cázares, A., & Ybarra, 2005).

En el mismo tenor se presenta el artículo

“Desarrollo e implementación de estrategias

enfocadas a la disminución del consumo de

energía eléctrica en una empresa cervecera”

muestra el desarrollo e implementación de las

principales estrategias de uso eficiente de

energía eléctrica en una industria cervecera,

como resultado de la realización de un DE, la

metodología propuesta consta básicamente de

dos etapas: en primer lugar se identificaron los

principales equipos consumidores de energía

eléctrica en la planta y posteriormente se

desarrollaron soluciones técnico-

económicamente viables para eficientar el uso

de energía eléctrica, (Caravantes, López,

Velázquez, & López, 2005).

La metodología propuesta en este

estudio es la siguiente:

1. Recolección de información básica e

inventario general de las instalaciones.

2. Elaborar balances de energía.

3. Determinar la incidencia del consumo

de energía de cada equipo o grupo de

equipos en el consumo de energía total

y por lo tanto en el costo total.

4. Obtener índices de consumo de energía.

5. Determinar los potenciales de ahorro de

energía por equipos, áreas o centros de

costos, mediante una evaluación técnica

detallada en los diferentes campos.

6. Identificar las medidas apropiadas de

ahorro de energía.

ISSN-2410-3454





5



7. Evaluación de los ahorros de energía en

términos de costos (Caravantes, López,

Velázquez, & López, 2005).

El aspecto normativo en nuestro país

está representado por la Secretaria de Energía

(SENER) a través de la Comisión Nacional para

el uso Eficiente de la Energía (CONUEE),

misma que en su manual para la

implementación de un Sistema de Gestión de la

Energía (SGEN) plasma una metodología para

lograr la mejora continua del desempeño

energético en las organizaciones en una forma

costo efectiva (Abel Hernández Pineda, 2014).

La metodología para el diseño e

implementación de un SGEN propone ocho

etapas que se muestran en la figura 1.

Figura 1 Etapas para el diseño e implementación de

SGEN (Abel Hernández Pineda, 2014)

Dentro de la etapa 2 “Evaluar el

desempeño energético” se considera los usos

que se dan a la energía, la forma en que se

consume, la intensidad energética y las medidas

disponibles para fomentar la eficiencia y el

ahorro de energía, es decir, el diagnóstico

energético.

Por otra parte, la normativa europea

UNE 216501 de Auditoria Energética que tiene

como objetivos: obtener un conocimiento fiable

del consumo energético, identificar y

caracterizar los factores que afectan al consumo

de energía y detectar y evaluar las distintas

oportunidades de ahorro y su repercusión en

costo energético, propone una metodología que

consiste en (Sánchez, 2010):

1. Generalidades

2. Estado de las instalaciones.

a. Análisis de los suministros

energéticos.

b. Análisis de los procesos de

producción.

c. Análisis de las tecnologías

horizontales y servicios.

d. Medición y recogida de datos.

3. Realización de una contabilidad

energética.

4. Análisis de propuestas de mejora.

a. Desarrollo de mejoras.

b. Concatenación de mejoras.

c. Recomendaciones y buenas

prácticas.

Dicha norma tiene una relación directa y

antecesora de otra norma la UNE-EN16001

SGE, la siguiente figura la muestra:

ISSN-2410-3454





6



Figura 2 Relación entre la UNE 216501 y UNE-

EN16001 (Sánchez, 2010).

Desarrollo

Como se analizó en el apartado anterior los

estudios energéticos están conformados por una

serie de pasos secuenciados, este proyecto se

enfoca solo en una parte que consideramos

primordial para lograr el ahorro energético, el

DE.

Un DE correctamente realizado

permitirá en primera instancia caracterizar el

sistema eléctrico (SE) y posteriormente

determinar los problemas que se convertirán en

un área de oportunidad, a continuación, se

analizarán las posibles soluciones y al

implementarlas se determinará el ahorro

energético y económico obtenidos, la figura 3

muestra un esquema de lo que consideramos un

proyecto de ahorro energético.

Figura 3 Esquema de proyecto de ahorro energético

(Elaboración propia).

Metodología DESMB para elaboración de

Diagnósticos Energéticos

La metodología DESMB se realizó cubriendo

los diversos lineamientos marcados por

organismos como la CONUEE y SENER y

teniendo como base las siguientes Normas

Oficiales Mexicanas (NOM):

Figura 4 Normas involucradas en Metodología DESMB

(Elaboración propia).

La metodología está organizada por tres

etapas estructuradas por diagramas de flujo

(DF) que permiten al estudiante seguir una

secuencia de actividades y 14 formatos que

brindarán al estudiante evidencia y veracidad a

los resultados.

DESMB

NOM-001-SEDE-2012

NOM-007-ENER-2014

NOM-025-STPS-2012

IEC 61000-430

ISSN-2410-3454





7



La primera etapa que representa un

tiempo de dos días aproximadamente,

corresponde al DEN 1 mismo que tiene ocho

formatos que llevan al estudiante a la una

caracterización general del SE y de sus

consumos a través de una inspección visual,

posteriormente al analizar la información se

determina el problema que presenta la

instalación o se decide si se pasa a la etapa 2.

De seguir la segunda alternativa (DEN

2) se realiza en un tiempo de 10 a 15 días,

consta de un DF y seis formatos, dentro de esta

etapa se realizarán mediciones de las variables

encontradas en la etapa 1 y estas dependerán de

la instrumentación que se tenga. Al analizar la

información se determina si se tienen

argumentos para declarar un problema o decidir

realizar un DEN 3, mismo que se realiza de

igual manera que el DEN 2 pero con una

duración de 30 a 90 días de análisis. La figura 5

y 6 muestra los DF de cada etapa.

Figura 5 Diagrama de flujo etapa 1 metodología

DESMB (Elaboración propia).

Figura 6 Diagrama de flujo etapa 2 metodología

DESMB (Elaboración propia).

Resultados

Para determinar los resultados de la

metodología DESMB se entregó a un grupo de

alumnos del quinto cuatrimestre de la

especialidad de Energías Renovables para su

implementación dentro de un proyecto de

ahorro energético en un sistema eléctrico de una

Rectificadora.

Tras la aplicación de la etapa 1 el equipo

obtuvo 10 problemas al analizar esta

información el equipo decidió pasar a la etapa 2

de la metodología y realizar mediciones de

parámetros eléctricos por un periodo de 10 días.

“En el diagnostico se pudo observar que la

instalación eléctrica de la rectificadora no está

en buenas condiciones, ni tampoco es segura

debido a que máquinas se presentan sin clavijas

de conexión, no existen empalmes en los

gabinetes principales, el alumbrado no cumple

con la normatividad vigente.

ISSN-2410-3454





8



Para esto se llevará a cabo un

diagnostico 2 con el fin de encontrar el

problema específico que el local presenta.”

Al analizar la información obtenida en la etapa

2 el equipo estuvo en condiciones de declarar el

problema a solventar mismo que se centraba en

dos puntos relevantes: instalación eléctrica e

iluminación.

Conclusiones

La implementación de la metodología

proporcionó al estudiante una vereda clara

sobre las actividades que debería de realizar

dentro del SE, generó en el estudiante un

sentimiento de seguridad ya que sus propuestas

y aseveraciones se encontraban respaldadas por

una serie de evidencias documentadas en 14

formatos mismos que a la postre le servirían

para la elaboración de su informe técnico.

Referencias

Hernández, A., G. E. (2014). Manual para la

Implementación de un Sistema de Gestión de la

Energía. México. D.F.: CONUEE / GIZ.

Aranda, A., Scarpellini, S., & Feijoó, M.

(2003). Análisis de la eficiencia energética de

la industria española y su potencial de ahorro.

Economía Industrial, 11-24.

Caravantes, G. D., López, J. H., Velázquez, R.

L., & López, A. A. (2005). Desarrollo e

implementación de estrategias enfocadas a la

disminución del consumo de energía eléctrica

en una empresa cervecera. Impulso, Revista de

Electrónica, Eléctrica y Sistemas

Computacionales, 60-67.

Cázares, F. G., A., E. R., & Ybarra, J. J. (2005).

Desarrollo de un estudio energético en el

sistema de aguas de la empresa CEMONOSA.

Impulso, Revista de Electrónica, Eléctrica y

Sistemas Computacionales, 34-42.

CONUEE, C. N. (1 de Marzo de 2016).

CONUEE. Obtenido de www.conuee.gob.mx

FIDE, F. p. (2010). Curso-Taller Promotores

de Ahorro y Eficiencia de Energía Eléctrica.

Guatemala: Secretaría de Energía.

Orozco, J. S. (2009). Reducción de gasto

energético eléctrico usando seis sigma.

Producción + Limpia, 90-102.

Sánchez, J. M. (2010). La Norma UNE-216501

de Auditoria Energética. Requisitos y

experiencias. España.

9


Septiembre 2016 Vol.3 No.8 9-18

Prototipo de un Sistema Fotovoltaico Autónomo

MOLINA-GARCÍA, Moisés†* y MELCHOR-HERNÁNDEZ, César.

Recibido Julio 8, 2016; Aceptado Septiembre 14, 2016

___________________________________________________________________________________________________

Resumen

La energía solar está constituida por la fracción de

luz que emite el sol y que es interceptada por la

tierra en su superficie, dentro de los tipos de forma

de energía se encuentra la solar fotovoltaica, la cual

se considera energía limpia. En el presente artículo

se muestra la construcción de un prototipo de un

sistema fotovoltaico autónomo para la generación

de energía eléctrica, el cual consta de una estructura

soporte para el panel solar con un ángulo de

inclinación para que pueda recibir de mejor manera

los rayos del sol, un controlador de carga el cual

tiene como función principal de prevenir descargas

y sobrecargas de la bateria, además de tener

diferentes funciones para el control de horas de

encendido de algún aparato electrico; en este caso

lámparas de iluminación, una bateria recargable de

12 Volts que permite almacenar la energía que se

genera por medio de los rayos del sol a través del

panel solar, y por último un inversor de corriente el

cual se encarga de adecuar las características de la

energía demandada a corriente alterna para

diferentes aplicaciones.

Energías Renovables, Energía Solar, Panel Solar,

Sistema Fotovoltaico, Sistema de Iluminación,

Prototipo

Abstract

Solar energy is made by the fraction of light that sun

emits and that is intercepted by the earth’s surface,

among the types of energy it is found the solar

photovoltaic, which is considered clean energy. In

this article it is shown the construction of a

prototype of an autonomus photovoltaic system for

the production of electric energy, which consists of

a support structure for the solar panel with an

inclination angule so it can better receive sun rays, a

charge controller which works mainly to prevent

discharges and overcharges from the battery,

besides having different functions for lighting

control, a rechargeable 12 volts battery that allows

to save the energy that is generated by sun rays

through the solar panel, and a power inverter that is

risponsable of adapting the characteristics of the

requested energy for different aplications.

Renewable Energy, Solar Energym Solar Panel,

Photovoltaic System, Lighting System, Prototype

___________________________________________________________________________________________________

Citación: MOLINA-GARCÍA, Moisés y MELCHOR-HERNÁNDEZ, César. Prototipo de un Sistema Fotovoltaico

Autónomo. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 9-18

________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454


MOLINA-GARCÍA, Moisés y MELCHOR-HERNÁNDEZ,

César. Prototipo de un Sistema Fotovoltaico Autónomo.


10



Introducción

La energía solar está constituida por la fracción

de luz que emite el sol y que es interceptada en

su superficie, por lo que se encuentra

condicionada por factores de tipo astronómico y

geográfico (posición relativa sol – tierra y lugar

donde este ubicado el sistema) así como de tipo

climatológico.

La denominada energía solar

fotovoltaica en la cual se centra esta

investigación y que consiste en el

aprovechamiento de la radiación solar incidente

sobre celdas fotovoltaicas, capaces de convertir

la luz solar recibida en energía eléctrica, es una

alternativa viable al uso de combustibles fosiles

para la producción de electricidad debido a que

no generan ningún tipo de residuo

contaminante.

Los sistemas fotovoltaicos son

asccesibles para todo tipo de público, son de

fácil instalación, sencillos de manejar y

requieren de muy poco mantenimiento, con una

vida útil de aproximadamente 15 años. A

diferencia de otro tipo de energías renovables,

como por ejemplo, la energía hidráulica o

eólica, donde es necesario que haya ciertas

características en el medio ambiente como son

cuerpos de agua o corrientes de aire, la energía

solar se encuentra en todas partes y en cualquier

época del año.

Con los sistemas fotovoltaicos siempre

se tiene energía debido a los rayos del sol, al

menos que exista una falla del equipo, la

energía puede ser utilizada sin pagar alguna

cuota; en cambio con los sistemas

interconectados a la red en ocasiones se carece

de energía por las inclemencias del tiempo o

por fallas técnicas y se debe pagar a una

empresa generadora por utilizar la energía

Efecto fotovoltaico

Las celdas solares convierten directamente la

luz solar en electricidad, debido al efecto

fotovoltaico. La luz está compuesta de fotones

con diferentes energías, cuando un fotón con

energía suficiente choca con un átomo de algún

material, por ejemplo el silicio, el átomo

absorbe la energía del fotón y un electrón del

material queda en un estado excitado por la

energía absorbida, lo que permite en algunos

casos, que se mueva libremente. Si en lugar de

uno son varios los electrones que circulan

libremente, puede producirse una corriente

eléctrica bajo ciertas condiciones y por lo tanto,

generarse electricidad a partir de energía solar.

Sistema fotovoltaico

Figura 1 Diagrama eléctrico de sistema fotovoltaico.

En el sistema el panel fotovoltaico recibe la luz

solar, la cual mediante el efecto fotovoltaico

convierte en energía eléctrica. El controlador de

carga, alimentado por el panel, regula el voltaje

de carga en las baterías protegiéndolas de

sobrecargas o sobredescargas y así su tiempo de

vida es mayor; además de controlar los tiempos

de consumo. Las baterías, a su vez, alimentan al

inversor, el cual convierte el voltaje de 12 volts

de corriente directa (CD) proporcionado por las

baterías a 127 volts de corriente alterna (CA).

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11



Desarrollo

En el ITSH se están desarrollando proyectos de

ahorro de energía, debido a que se cuenta con la

norma del sistema de gestión ambiental ISO

14001:2004, en el área de sistemas

fotovoltaicos, se esta trabajando para poder ser

instalados en algunas áreas del plantel. Se están

desarrollando prototipos con el fin de realiar

análisis para poder conocer como se comportan

y poder tener un conocimiento para poder ser

instalados a escala mayor.

Componentes del sistema fotovoltaico

1. Celda fotovoltaica.

El componente principal para cualquier sistema

fotovoltaico es el generador, que recibe el

nombre de celda fotovoltaica. Esta se

caracteriza por convertir directamente en

energía eléctrica los fotones provenientes de la

luz solar. Su funcionamiento se basa en el

“efecto fotovoltaico”.

Figura 2 Partes que conforman el prototipo fotovoltaico.

Una celda fotovoltaica se comporta

como un diodo; la parte expuesta a la radiación

solar es la terminal N, y la parte situada en la

zona sombría es la terminal P. Las terminales

de conexión de la célula se hallan sobre cada

una de estas partes del diodo; la cara

correspondiente a la zona P se encuentra

completamente cubierta (no debe recibir rayos

solares), mientras que en la zona N el

metalizado tiene forma de peine, a fin de que la

radiación solar llegue al semiconductor.

Figura 3 Estructura de una celda fotovoltaica. [1]

Cálculo del ángulo de inclinación de la celda

fotovoltaica

La inclinación de la superficie óptima ( ) de

un panel fotovoltaico se relaciona con la altitud

(Ф) del sitio donde pretende ser ubicado.

La ecuación es la siguiente:

(1)

Resultando de esta ecuación la

inclinación ideal para el panel fotovoltaico

según el lugar donde piense ser instalado.

Control de carga

La función básica de este dispositivo es

prevenir descargas y sobrecargas de la batería.

Se emplea además para proteger las cargas en

condiciones extremas de operación y brindar

información al usuario. La función de

regulación de carga idealmente debe depender

directamente del estado de carga en la batería.

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12



El controlador empleado atiende el

voltaje de la batería

Ten

sió

n d

e b

ater

ía (

vo

ltio

s)

Zona no recomendada Fin de carga

Reposición

de carga

Reconexión,

de consumo

Desconexión

,de consumo

Zona no recomendada

Tiempo (días)

Figura 4 Variación del voltaje de una batería con un

controlador de carga. [2]

Las características esenciales del

controlador de carga son:

1. El voltaje de desconexión de las

cargas de consumos. Corresponde al valor de

carga de la batería por debajo del cual se

interrumpe el suministro de electricidad a los

consumos. En este caso 11.1V.

El voltaje final de carga. Es el valor de

la tensión de la batería por encima del cual se

interrumpe la conexión entre el panel

fotovoltaico y la batería o se reduce

gradualmente la corriente media entregada por

el panel fotovoltaico. En este caso 12.6V.

El panel frontal del controlador que se utiliza

cuenta con 3 LED que indican su

funcionamiento, un display LED de 7

segmentos y los tornillos para hacer las

conexiones de los cables.

Figura 5 Vista frontal del controlador de carga.

Los 3 LED indican cómo se encuentra

funcionando el controlador. De izquierda a

derecha se muestran el estado del panel

fotovoltaico, el estado de la batería y el estado

de la carga conectada.

Sistema Acción

Panel fotovoltaico

Verde encendido, cuando el

panel carga las baterías.

Verde parpadeando, cuando el

sistema tiene un sobre voltaje.

Batería

Verde encendido, cuando el

nivel de la batería es el

correcto.

Verde parpadeando lento,

cuando la batería está llena.

Amarillo encendido, cuando

el nivel de la batería es

bajo.

Rojo encendido, cuando la

batería se desconecta.

Cargas

Verde encendido, cuando la

salida está conectada.

Rojo parpadeando lento,

cuando está sobrecargada.

Rojo parpadeando, cuando la

carga está cortocircuitado.

Tabla 1 Indicador LED del controlador de carga. [3]

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13




En la figura 6 se aprecian los LED del

panel fotovoltaico y la batería encendidos.


En la figura 7, se aprecian los LED de la

batería y las cargas, encendidos.

El display LED muestra las opciones de

control de luz del controlador de carga.

Número Modo Opción

Número 0 Número 0 Día y noche, luz siempre

encendida

Número 1 Número 1 Luz encendida por la

noche durante 1 horas





























Número 16 Número 6 Luz apagada

Número 17

Número 7

Modo de prueba. Luz

encendida cuando no se

detecta luz. Luz apagada

cuando se detecta luz

Tabla 2 Opciones de control de luz. [3]

3. Sistema de almacenamiento.

Está formado por un conjunto de

baterías, generalmente de plomo-ácido. Estos

son dispositivos capaces de transformar la

energía química en energía eléctrica.

Almacenan la energía eléctrica generada

durante las horas de radiación, para su

utilización posterior en los momentos de baja o

nula insolación.

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14



Una de las características más

importante de un batería en una instalación

fotovoltaica es el ciclado. El ciclado diario se

refiere a que la batería se carga en el día y se

descarga en la noche. Superpuesto a este ciclo

diario está el ciclo estacional que se asocia a

periodos de reducida incidencia de radiación.

Estos ciclos conjuntamente con otros

parámetros de operación como temperatura

ambiente, corriente, inciden sobre la vida útil de

la batería y sus requisitos de mantenimiento.

Los principales parámetros que definen

el funcionamiento de una batería en un sistema

fotovoltaico son:

1. El máximo valor de corriente que puede

entregar a una carga fija, en forma continua,

durante un número específico de horas de

descarga.

2. Capacidad de almacenamiento de energía.

3. Profundidad de descarga máxima

4. La vida útil.

Los parámetros utilizados en la prueba

son corriente y tiempo, la capacidad de la

batería se define en Amperes-hora (Ah). A

partir de este valor puede determinarse la

corriente máxima para un determinado régimen

de descarga.

La bateria utilizada en el proyecto es de

la marca RITAR® modelo RT1270, cuyas

características principales son:

Celdas por unidad 6

Voltaje por unidad 12 V

Capacidad 7Ah

Peso Aprox. 2.0 Kg

Corriente máxima de

descarga

70 A (5 seg)

Resistencia interna Aprox. 30mΩ

Rango normal de

temperatura

25°C ±5°C

Voltaje en fase de carga 13.7-13.9 VDC a 25°C

Corriente máxima

recomendada de carga

2.1 A

Autodescarga >3% por mes a 25°C

Terminal Faston Tab 187 (F1)/

Faston Tab 250 (F2)

Material del contenedor A.B.S. (UL94-HB),

Resistencia UL94-V2

Tabla 3 Características de la batería RT1270.

Figura 8 Batería RITAR modelo RT1270.

Con una potencia consumida de 30

Watts, se puede apreciar la siguiente gráfica de

descarga de la batería en un lapso de 60

minutos. Se utilizó un multímetro marca Truper

modelo MUT-33, que midiendo tensión en

corriente directa tiene una precisión de ±0.8%,

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15



y la medición de voltaje era realizada cada 5

minutos.

Gráfico 1 Rendimiento de la carga en la batería.

Se puede apreciar que la descarga de la

batería se realiza de forma lineal si la potencia

requerida es constante.

4. Inversor de corriente

Su función es adecuar las características

de la energía generada a las demandadas por las

aplicaciones de la instalación. Un sistema de

conmutación electrónico, llamado inversor,

transforma la corriente continua de las baterías

(12V) en corriente alterna que es utilizada en

los hogares (120V-60Hz)

.

Las principales características que deben

considerarse para la selección del inversor son:

1. La tensión de entrada.

2. Máxima potencia que puede manejar.

3. Margen de sobrecarga permisible.

4. Potencia, tensión y forma de la onda de la

salida

5. Frecuencia de trabajo y máximo error de

frecuencia.

6. Eficiencia de transformación (generalmente

cercana al 85%).

Para seleccionar el inversor, es

necesario saber que en el mercado se pueden

encontrar inversores de onda sinusoidal pura

(PWM) y de onda sinusoidal modificada

(MSW).

Figura 9 Diferencia entre una onda sinusoidal pura y

onda sinusoidal modificada.

Los inversores de onda sinusoidal

modificada (MSW) pueden alimentar a la

mayoría de electrodomésticos actuales, sin

embargo, pueden ocasionar problemas a

aparatos con cargas inductivas, como son los

motores. Los inversores de onda sinusoidal

pura (PWM), imitan la forma de onda que

provee la red eléctrica y en consecuencia es la

mejor opción al alimentar los equipos eléctricos

y electrónicos actuales.

El inversor utilizado es un Xtron® PI-

200 de onda sinusoidal modificada (MSW) de

200W de potencia continua. Se decidió

implementar este por a su reducido costo,

tamaño y debido a que sus características

eléctricas son las indicadas para el sistema.

12,25

12,18

12,16

12,13

12,1

12,07

12,05

12,01

11,98

11,94

11,91

11,87

11,6

11,8

12

12,2

12,4

0 10 20 30 40 50 60

Vo

ltaj

e

Tiempo (minutos)

Línea de descarga

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16



Figura 10 Inversor Xtron® PI-200. [4]

Cantidad de contactos

120 VCA

2

Tensión de entrada 12 VDC (11

VDC~15VDC)

Tensión de salida 115-120 VCA

Potencia continua 200 W

Pico de potencia 400 W

Frecuencia de salida 50 Hz-60 Hz +/-3 Hz

Corriente en espera <0.5 A

Eficacia >85%

Fusible 25 A (tipo clavija)

Tabla 4 Característcias eléctricas de inversor PI-200. [4]

Marca Xtron

Modelo PI-200

Conector de alimentación Plug encendedor

Jack encendedor

(caimanes rojo y

negro)

Material Metálico

Color Negro

Dimensiones 12.8 cm x 13.2 cm x 5.2

cm

Tabla 5 Característcias físicas de inversor PI-200. [4]

Algunas de las ventajas de los sitemas

fotovoltaicos son: bajos costos operacionales,

se requiere poco mantenimiento, beneficios

ambientales al no quemar combustibles,

modularidad se puede cambiar de lugar o

agrandar, se puede programar a las

caracteristcias del usuario y bajos costos de

construcción en cuanto a cableado y en lugares

lejanos no se necesita de contratos con

empresas generadoras de energía.

Metodología

Diseño del prototipo

Se realiza una maqueta simulando la

iluminación interna de 3 hogares por medio de

leds conectados en un arreglo con apagador

individual alimentados directamente del control

de carga.

Figura 11 Vista frontal de los hogares que se simulan.

Figura 12 Vista superior de uno de los hogares que se

simulan.

Para la batería y el inversor se utiliza

cable calibre 14, que tiene una ampacidad de 25

A. Para el cableado de los led es utilizado cable

calibre 22 con una ampacidad de 5 A.

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17



Figura 13 Vista frontal del prototipo.

Resultados

Las pruebas fueron realizadas a las 14:20 horas.

El controlador de carga está en un modo

de operación en el cual cuando detecta luz solar

desconecta las cargas, lo que quiere decir que

desconecta el inversor y el voltaje de salida es

cero. Mientras que cuando se corta el

suministro de luz solar, de inmediato vuelve a

encender al inversor y este trabaja

proporcionando 127 VCA.

Figura 2 Incidencia de luz sobre la celda.

En la Figura 14 se observa que al incidir

luz solar sobre la celda, el inversor se encuentra

desconectado; no se registra ningún voltaje.

Figura 3 Generación de voltaje.

Con los datos obtenidos se demuestra

que el sistema si entra en función. En el

momento que el controlador detecta que no hay

luz solar (en la noche), alimenta al inversor; en

la figura 15 se aprecian 120V de corriente

alterna. Una vez programado con el controlador

se tendrá la iluminación necesaria por parte de

los leds en el tiempo requerido.

Agradecimientos

Al Instituto Tecnológico Superior de Huatusco

por prestar sus instalaciones y el material

necesario para la realización del prototipo. Al

Ing. Francisco Javier Fuentes Ramos encargado

de laboratorio. Al Ing. Axel Pipper Rios, por

apoyar en la redacción. Al Ing. Omar Bello

Cruz y el Ing. Jesús Arturo Vázquez Trujillo

por la donación del equipo.

Conclusiones

Se puede apreciar que con la potencia utilizada

de 30 Watts que es la generada por el panel el

tiempo de descarga del sistema es adecuado,

considerando que un foco tipo LED consume

comunmente 9 Watts de potencia,

aproximadamente se pueden conectar 3 focos y

tienen un rendimiento de más de una hora con

la carga completa de la batería.

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18



El sistema puede ser mejorado si se

utiliza una batería de mayor capacidad de

almacenaje, lo cual prolongaría el tiempo útil

de los leds. Así también incrementar la

potencia del inversor que se desea utilizar para

que de esta forma se pueda alimentar más leds a

la vez.

Referencias

Díaz, T., & Carmona, G. (s.f.). Técnico en

Instalaciones Eléctricas y Automáticas. Mc

Graw-Hill.

Soluciones Energéticas S.A. (05 de 01 de 2002).

Obtenido de http://www.solener.com/.

PWM. (02 de 01 de 2015). Instruction Manual.

Solar Charge Controller, pág. 4.

19



Estrategias de Mantenimiento

FERNÁNDEZ, Tomás†*, MIRANDA, Francisco y ROCHA Elpidio.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

El siglo 21 tendrá muchas necesidades para la

administración de los equipos, una estrategia será de

sostenimiento para la conservación de los equipos y

las funciones de los mismos. El manejo de un

equipo y el cuidado de las medidas del

mantenimiento, o el restablecimiento de las

condiciones de operación evitan las consecuencias o

fallas y asegura la capacidad productiva del equipo.

En las industrias de generación de energía y

petroleras, la tendencia que existe es la de reducir a

un 35% los costos de operación en el mantenimiento

y el desfavorable impacto del tiempo perdido que se

multiplica por 300%. La supervivencia de estas

operaciones encaminadas al mantenimiento, está

pensadas hacia el siglo XXI.Titulo

Mantenimiento, Industrias de generación,

Administración de los equipos

Abstract

Maintenance means keeping equipment running or

restoring it to operating condition. However, the 21

st century will usher in a broader need for

equipment management, a cradleto-grave strategy to

preserve equipment functions, avoid the

consequences of failure and ensure the productive

capacity of equipment.

Profitable future operations will have reduced the

35% of operating costs typically spent on

maintenance and the unfavorable impact of

downtime that often multiplied these costs by 300%.

They will survive those operations that tried to carry

outdated “maintenance” thinking beyond the XXI

Century.

Maintenance, Industries Generation,

administration of equipment

___________________________________________________________________________________________________

Citación: FERNÁNDEZ, Tomás, MIRANDA, Francisco y ROCHA Elpidio. Estrategias de Mantenimiento. Revista de

Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 19-27

___________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

*Correspondencia al Autor:( Correo Electrónico: [email protected])



ISSN-2410-3454


FERNÁNDEZ, Tomás, MIRANDA, Francisco y ROCHA

Elpidio. Estrategias de Mantenimiento. Revista de

Aplicaciones de la Ingeniería 2016

20



Introducción

El objetivo de este trabajo es aportar ideas y

plantear como se llevara a cabo en la industria

azucarera las estrategias de mantenimiento,asi

como los pasos para ser aplicados en una

mejora continua , las etapas del ciclo de vida de

los equipos para asi formar un mantenimiento

competitivo,también las estrategias que se

pueden aplicar y llevar a cabo en lo referente al

mantenimiento Las operaciones de

sobrevivencia deberán aplicarse a las modernas

técnicas de la administración, y a las

tecnologías actuales y que además se requiere

que el personal este capacitado para darle

solución a las necesidades del equipo.

Los gerentes del futuro tendrán que usar la

administración de mantenimiento de los

equipos como una parte integral de una

estrategia de producción total.

Desarrollo

Este trabajo se basa en trabajos practicos

realizados en ingenios azucareros en donde se

implemento y se lleva a cabo, hasta la fecha

siguen implementandandose estas estrategias de

mantenimiento ya que es un trabajo de largo de

plazo y en la cual se tiene que llevar a cabo el

cambio de cultura en el personal operativo y de

mantenimiento y esto es muy complejo llevarlo

a buen termino. No hace mucho, en el pasado,

los héroes locales en las industrias fue‚ el

capataz, encargado del mantenimiento. Él era el

encargado de las operaciones del

mantenimiento y de los desastres ocurridos, y

también era el encargado del arranque de los

equipos. Estos factores ocasionaban que las

omisiones cuando ocurrían desastres nunca

fueran cuestionadas. Los gerentes disponían de

poco tiempo como el mantenimiento se

ejecutaba. Frecuentemente había intensas

presiones para aumentar la producción.

Ellos escogían en lugar de tomar sus

oportunidades como un buen cuerpo de

material, no retiraban el exceso del equipo o

tenían una corta distancia de arranque, tomaban

acciones para usar recursos de mantenimiento

más efectivas.

Figura 1

Muchos gerentes designaban unidades

de negocios para controlar operaciones y

mantenimiento. Ellos a través de esto brindaban

un control hermético a las funciones del

mantenimiento, aquellos nuevos diseños de

unidades de negocios líderes gustaban de tener

personal de mantenimiento y manual. Pero ellos

encuentran la carga de actividades diversas,

como reconstruir componentes, etc.

Los líderes de las unidades de negocios son

también detenidos mirando las medidas de

aumento en la producción. A través de esto fue

poco lo que se improvisó para entender las

funciones que hacen que se trabaje

apropiadamente en el mantenimiento.

La experiencia que tomaron los gerentes

fue‚ una acción delegada. Pocos gerentes toman

acción directa para causar el mantenimiento

para una parte de su completo plan de

operación.

ETAPAS QUE FORMAN UN MANTENIMIENTO COMPETITIVO

LA ESTRATREGIA:

ASIGNAR RESPONSABILIDADES TRANSPARENTES YCLARAS POR

DEPARTAMENTO

MEJORA CONTINUA

SEGURIDAD AL

MEDIO AMBIENTE

CONTABILIDADCOMPRAS

ALMACEN

TALLERES

MANTENIMIENTOOPERACIONES

INGENIERÍA

•TENER LAS PARTES CORRECTAS.

•ENTREGA A TIEMPO.•OPERACIÓN Y UTILIZACIÓN

CORRECTA

•MEJORAR LAS OPERACIONES

EN PLANTA

•CUMPLIR CON LOS HORARIOS

DE MANTENIMIENTO

•MANTENER LA EFECTIVIDAD.

•SERVICIO ADECUADO.

•MEJORAR LA CALIDAD EN LOS

TRABAJOS

•EVITAR

COMPLICACIONES.

•CREAR RESGUARDOS.

•DISMINUIR LOS

IMPACTOS AL MEDIO

AMBIENTE.

•ADQUIRIR

BUENOS

MATERIALES.

•CONSEGUIR

PARTES DE

CALIDAD.

•NEGOCIAR

EXCELENTES

SERVICIOS POST-

VENTA.

•COORDINAR LAS

NECESIDADES DE

MANTENIMIENTO.

•CONTROLAR

PROYECTOS.

•HACER

MODIFICACIONES.

•MEJORAR LA CALIDAD DE LOS

TRABAJOS.

•TENER UN RESPONSABLE DEL

SERVICIO.

•COMPLETAR EL TRABAJO A

TIEMPO.

•DAR

INFORMACIÓN

REAL.

•GARANTIZAR

PRESICIÓN.

•ENTREGA A

TIEMPO.

ISSN-2410-3454





21



El hecho que el personal de

mantenimiento no puede realizar su trabajo sin

un soporte completo y cooperación tiene que

ser aparente por algún tiempo. Sin embargo la

acción positiva para el reconocimiento y

corregir la materia continuando para distinguir

el mantenimiento provechoso del futuro para el

resto.

Figura 2

Así, el aspecto más fundamental del

exitoso uso de los recursos del mantenimiento.

El mantenimiento solo no puede garantizar la

confianza en el equipo.

La experiencia tiene establecido que el

mantenimiento hace (tiene) un gran impacto en

el beneficio cuando todos los departamentos de

mantenimiento suministran un soporte

coordinado y causa que los gerentes de

mantenimiento sea de una manera

completamente responsables.

Un gran error de los operadores del

siglo XX fue‚ que asumen que el

mantenimiento fue‚ una fuerza solitaria,

asimismo capaz de garantizar la confiabilidad o

rentabilidad de los equipos.

Una gran lección para el siglo XXI es

que los operadores deben de asegurar los

niveles de control y tomar su reconocimiento, y

corregir los errores. El mantenimiento efectivo

requiere la participación de cada departamento

en el soporte de los gerentes para, cooperación

con y uso de los recursos de mantenimiento.

Pensar estrategias

Una estrategia para tener éxito es primero

edificar una planeación muy hábil, seguida de

ejecuciones efectivas. Los estrategas de

estrategias militares nunca entran en batalla

partiendo con sus reservas del campamento.

Aún tratándose del mantenimiento como una

fuerza única, el manejo en el siglo XX del

mantenimiento fue‚ parecido a una batalla

militar en una batalla sin reservas.

Por lo tanto, para que haya una

combinación de ganadores, los gerentes de

mantenimiento deben desplegar todas sus

fuerzas. Deben asegurar que cada departamento

contribuya para tener equipo de confianza en

cada fase del ciclo de vida del equipo.

Ciclo de vida de los equipos

Una estrategia de los gerentes de los equipos

primero admite que los equipos son obsoletos a

través de un ciclo de vida con soporte de

diferentes departamentos que requieren

asociarse con cada etapa.

Cada etapa en el ciclo de vida de los

equipos dicta una progresiva responsabilidad

para cada departamento que debe tener cada

uno un gerente.

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22



Selección.- Determinación de los

equipos que mejor uso de conjuntos tenga y

requerimiento del comportamiento (desempeño)

contra precio, fácil de operar y mantenimiento,

reputación de calidad y soporte de refacciones.

Compra.- Realizar licitaciones para

obtener el mejor equipo.

Instalación.- Localizar los equipos en

servicio.

Pruebas.- Asegurarse que los equipos

reciban los requerimientos necesarios para su

uso.

Operación.- Operar los equipos durante

los procesos de operación.

Mantenimiento.- Conducir la reparación

y los gastos de mantenimiento.

Mantenimiento mayor (OVERHAUL).-

Restaurar el equipo con las especificaciones de

diseño originales.

Modificaciones.- Cambios en la

configuración de los equipos para producir un

mejor comportamiento o para corregir o

actualizar las características de operación.

Reemplazo.- Reemplazar con equipos

similares o mejores con iguales características

de comportamiento.

Responsabilidades del departamento.

Durante la etapa de operación del ciclo debido

del equipo fue puesto en servicio por

operadores y mantenido por mantenimiento.

Pero es menos obvio que el personal del

departamento estuvo entrenando nuevos

operadores y proporcionando alta o gran

experiencia en el entrenamiento a su personal

de mantenimiento.

Similarmente los datos de proceso están

guardándose en estadísticas de producción y

costos de operación, contadores y gerentes

están analizando la información, acciones

fiscales y decisiones de operación.

Normalmente, el almacén y los compradores

están suministrando partes y los talleres están

reparando los componentes.

Ejecución de las metas propuestas

La ejecución de las metas es establecida por los

gerentes para cada departamento cuando

encuentran colectividad, entonces:

- Asegurarse que el equipo tiene un

efectivo comportamiento

- Seguridad y correcta operación del

equipo.

- Garantizar un apropiado mantenimiento.

- Proporcionar material de calidad para el

mantenimiento.

Estas metas colocan a cada departamento en

el final de los modos de comportamiento. Esto

requiere que aquellos que establecen un

estándar demasiado alto para las metas

asignadas. Estas metas alientan a esforzarse

mutuamente.

- Comparar es no obtener la correcta

reserva a menos que el mantenimiento

proporcione otras cosas.

- Las operaciones no son operaciones

apropiadas del equipo a menos que las

historias de la reparación del

mantenimiento indiquen cero problemas

sin errores del operador.

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23



Comportamiento de la evaluacion

A intervalos regulares, todos los gerentes de los

demás departamentos se reúnen para platicar

sobre las metas alcanzadas, la información

apropiada es usada para observar el

comportamiento de cada departamento.

- Las operaciones cumplen con el

calendario de mantenimiento en un 85%

del tiempo.

- El almacén tiene cero atrasos en su

stock.

- Las compras de los materiales están 24

horas antes de ser ocupados.

- Los planes de mantenimiento se

cumplen con un 65% mínimo.

La estrategia como un agente de cambio

La estrategia de los gerentes de equipos debe de

ser un cuadro de trabajo para cambiar la cultura

de la organización total hacia el mantenimiento,

muchos ven esto como un mal necesario.

Así, la estrategia deber también causar

fuerzas de trabajo total para ver el

mantenimiento como un plan de operaciones

total, y debe ser revisado las fuerzas de trabajo

y las responsabilidades para controlar y

trasmitir fuera del mantenimiento. Esto debe ser

un "cuando él corra tu mantente firme (fijo)"es

la mentalidad presente en algunas

organizaciones. La estrategia debe crear una

mejor apreciación de la importancia de la

estrategia de mantenimiento. Entonces, la

estrategia puede prenderles el foco a la gente en

nuevas ideas y responsabilidades en el equipo.

Se le tiene que dar a la gente entrenamiento

fresco acerca del mantenimiento, así ellos

podrán aplicar modernas técnicas y la

información para realizar y aplicar los

beneficios de las estrategias de un gerente de

mantenimiento.

"Diga adios a la cultura de la excusa en el

mantenimiento"

Cambiar la cultura.- Antes que cualquier

estrategia en el mantenimiento inicie las

actividades de este siglo hacia la cultura del

mantenimiento, debe ser corregida.

Los gerentes quienes ven el

mantenimiento como un costo, exponen

fracasos en el mejoramiento del esfuerzo por

sugerencias que la cultura del mantenimiento

(conocimiento, creencias, comportamiento),

preincluyen su aceptación de cambios

potenciales para beneficiarse. La

implementación exitosa de una estrategia de

gerentes de equipo debe reconocer que mejorar

el comportamiento del mantenimiento no es

comenzar y finalizar alternando la disposición

del mantenimiento únicamente hacia el cambio.

El éxito de la implementación debe de impactar

a la organización completa. La necesidad para

alterar la cultura debe de alcanzar y ascender en

las operaciones. Cada uno debe ajustar sus

pensamientos para visualizar el mantenimiento

como un camino de productividad,

mejoramiento, ejecuciones provechosas y

minimizar el tiempo perdido.

En el siglo XXI sé deber incluir una

cultura de organización total de mejoramiento

hacia las actividades que se llamarán

mantenimiento. Esto es un prerequisito para la

aplicación del éxito y en las estrategias de un

mejoramiento moderno.

Estrategias para alentar el equipo de trabajo

Reformando las responsabilidades en el

mantenimiento.- Una vez que la organización

acepto el mantenimiento como un elemento de

la estrategia de producción, la estrategia alienta

al alineamiento de responsabilidades.

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24



Los operadores de equipos visualizan,

checan, ajustan y corrigen mediante

diagnósticos, inspeccionan, calibran o cambian

componentes mayores.

La organización percibe y verifica que

la ingeniería rediseñe o modifique y compre

colaborando con mantenimiento, el almacén y

compras. En las plantas, los operadores

observan los equipos, para checar, ajustar,

limpiar y realizar reparaciones rápidas.

Implementar esfuerzos en el equipo de

trabajo

La implementación de la confiabilidad centrada

en el mantenimiento requiere de un gran

esfuerzo en el equipo de trabajo, especialistas

para operaciones y el mantenimiento. Las

operaciones identifican las funciones y los

estándares de comportamiento, el

mantenimiento debe de identificar los tipos de

fallas. Ambos colaboran en las consecuencias

de identificación de fallas.

Implementando el mantenimiento centrado

en la confianza (M.C.C.)

Es una procesión lógica de 8 pasos que

construyen o forman parte de las

responsabilidades de un departamento. La

implementación de los pasos incluye:

1. Selección del equipo más crítico más

crítico.

2. Identificar las funciones del equipo más

crítico.

3. Establecer límites de control para esas

maquinarias.

4. Determinar las características de

operación y los tipos de fallas.

Una falla potencial es una condición física

identificable que indica que el proceso de falla

ha incidido sobre la maquinaria, las fallas

típicas podrían ser:

a) Vibraciones señalando el inicio

determinado sobre la falla de

transmisión.

b) Indicando el inicio de la fatiga en la

maquinaria.

c) Partículas de metal en el sistema de

aceite indicando posibles fallas.

Una falla funcional es la facilidad a

encontrar el funcionamiento especificada un

estándar.

5 - Enumerando las consecuencias de las

fallas ¿Qué resulta si una falla

específica ocurre? Las consecuencias de

las fallas pueden alcanzar desde

inconveniencias hasta catástrofes. Sin

equipo confiable, la producción de

calidad y satisfacción del cliente son

metas difíciles. También se puede,

arriesgar al personal, crear peligros

ambientales y socavar la eficiencia de la

energía, por todas esas razones. Las

consecuencias de falla deben ser un

objeto primario de mantenimiento.

6 - Rango de las consecuencias de falla.

Porque el equipo ha incrementado la

complejidad, el número de caminos por

los que puede fallar se ha multiplicado.

Desde ahora las consecuencias de falla

deben ser clasificadas para guiar al

personal de mantenimiento en la toma

de acciones preventivas y correctivas.

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25



7 -Usar técnicas efectivas de monitoreo.

Las fallas operacionales resultan en

pérdidas de producción más el costo de

reparación. Las fallas no operacionales

resultan solo en los costos de reparación.

En la maquinaria los aspectos más

importantes son evitar y reducir más

consecuencias de fallas operacionales y

de seguridad. Desde citar si los tipos más

competentes de técnicas de prevención y

corrección, tales como análisis de

vibración son usadas. Ellas pueden

detectar condiciones de deterioramiento

en el equipo con mayor exactitud y

confiabilidad que el ser humano. Estas

técnicas detectan fallas ocultas que el ser

humano no puede encontrar a menos que

ellos prueben un mecanismo de control y

este no responda.Con la habilidad de

técnicas más efectivas y rentables de

condiciones de monitoreo, las

condiciones del equipo pueden ser mas

exactamente monitoreadas. Esto le

permite a una unidad permanecer en

servicio si de esta se continúa conociendo

su funcionamiento estándar antes que

reemplazar el componente al primer signo

de falla potencial. Esta aproximación al

rendimiento alarga la vida de las

componentes y unidades.

8.- Establecer un plan de mantenimiento

completo, basado en las secuencias de

fallas, un programa de mantenimiento es

aplicado, resultando las condiciones de

las técnicas de monitoreo. Esta

identificación de fallas potenciales

(empezando la falla) exactamente y

rápidamente excluye su deterioramiento

funcional a niveles de falla funcionales.

El más efectivo programa de

mantenimiento es construido sobre la

implementación de pasos.

Entendimiento del progreso de fallas del

equipo

Proceso de falla.-

Los componentes de un equipo mecánico están

sujetos a uso, corrosión y fatiga. Como la

deterioración incrementa; la rentabilidad del

equipo decrementa a menos que se les detecten

y corrijan, El deterioro; de componentes se

incremente hasta que el equipo falla. Las fallas

son condiciones insatisfactorias que deben ser

consideradas en el contexto del uso del equipo.

Una decisión del funcionamiento estándar que

es insatisfactoria para el uso del equipo

construiría una falla. Pero la diferencia entre

insatisfactorio y satisfactorio depende del tipo

de equipo y las operaciones ambientales.

Tradicionalmente, el mantenimiento ha

observado, detectado y corregido fallas. Esto se

ha dado por inspección y servicios a intervalos

fijos. Entonces anticipándose a la vejez de

cualquier componente que este probable a

fallar, mantenimiento los ha reemplazado y

realiza revisiones a determinados tiempos. Esta

rutina a menudo no ha tenido presencia sobre

las condiciones actuales del equipo. Esto se

hace hasta el fin de un determinado periodo.

Sin embargo muchas fallas no son

probables ha ocurrir por envejecimiento en un

equipo, desde ahora los programas de

mantenimiento no deberán de ser obsoletos

están basados en servicios periódicos de

reemplazo, o chequeo de componentes. En

realidad las evaluaciones pueden reintroducir

algunos de los factores que causan la falla por

"Mortalidad Infantil" del equipo.

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26



Las condiciones del mantenimiento

actual están basadas en el monitoreo cuidadoso

en las condiciones del equipo corriente.

Esto es siempre a menor costo y más

efectivo que el reemplazo y examinación a

intervalos fijos a lo largo del ciclo de vida del

equipo.

El tiempo Basado del chequeo en la

filosofía del mantenimiento pone menor

atención a como los componentes fallan y las

consecuencias por falla. Hay una suposición de

que los componentes se desgastan y llegan a

ser menos confiables, como el incremento de la

vejez por operación hasta aquí el

mantenimiento en la maquinaria, ha prohibido

restaurar condiciones de equipo a uno "como

nuevo " por reemplazo periódico de

componentes o examinaron de la unidad. Así en

acciones el mantenimiento ha pasado por alto

los mismos procesos de falla y las cuestiones de

que constituyen una falla. Esta omisión ha dado

a un proceso de mantenimiento de estas

perdidas de tiempo y menor producción antes

que una basado sobre un rango amplio de

consecuencias por las que falla un equipo. Esto

ayuda a explicar porque hay mucho, énfasis

sobre conocer el objetivo de la producción y

así una pequeña atención al mantenimiento.

Hasta aquí la confiabilidad centrada de

mantenimiento nos recuerda que esas

consecuencias afectan a todas las cosas de

confiabilidad y aprovechamiento y ellas

demandan más atención que la que ellas

reciben.

Edad de confiabilidad: La confiabilidad

es la probabilidad de que el equipo sobreviva a

un periodo definido de operaciones bajo

condiciones específicas de operación y sin

fallas. Desde ahora la unidad de un

componente tiene un pequeño sentido a menos

que una probabilidad de sobrevivencia esta

asociada con este.

La vida del componente (tiempo

promedio entre fallas) o razones de fallas, son

útiles en presupuesto para tareas de

mantenimiento, establecidas para intervalos

apropiados.

El buen éxito de un programa de

mantenimiento, puede solamente ser juzgado en

términos de cómo éste prevendrá las

consecuencias de seguridad u operacionales por

fallas de un equipo.

Con estos modelos de fallas las

operaciones de maquinaria requieren que el

mantenimiento debe responder a necesidades

reales por que muchos modelos de falla no

exhiben pronunciados periodos de desgaste, el

mantenimiento responsable debe ser apuntado

primeramente a detectar las fallas potenciales o

fallas escondidas, principalmente a fallas

funcionales.

Desde ahora los responsables del

mantenimiento también deben incluir, remover

y reemplazar componentes mayores en un

límite específico de edad pero solamente que la

condición exacta es confirmada con inspección,

examinando y monitoreando condiciones,

simplemente nunca al final de un periodo

predeterminado.

Esto realmente explica por que más

operaciones acortadas que tienen instituido

una ingeniería de mantenimiento se empeñan a

aplicar mas efectivamente y manejar las

diversas responsabilidades de mantenimiento,

que equipos modernos requieren la tradicional

inspección física deben ser silenciosos

combinado con técnicas productivas modernas

semejante a un examen de ultrasonido.

Cualquiera de las responsabilidades, puede ser

solamente fijadas para perfeccionar a un equipo

confiable.

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27



Técnicas de condiciones de monitoreo y

aplicaciones.- Las condiciones de monitoreo

son constituidas sobre las fallas que dan algún

tipo de advertencia a la cual ellas pueden

ocurrir (fallas potenciales). Esta es la indicación

física de una falla funcional (el equipo no puede

encontrar sus especificaciones de

funcionamiento estándar) esta en el proceso de

ocurrir.

Las técnicas de condiciones de

monitoreo pueden obtenerse al precisar

evidencia de que una falla esta ocurriendo. Las

técnicas de condiciones de monitoreo basadas

usadas para determinar fallas potenciales son

llamadas tareas sobre condición.

Obtención y reporte de fallas.- Personal

de mantenimiento y operación tienen

importantes roles en la detección y reporte de

fallas, operadores de equipo observan la

operación dinámica del equipo en su ambiente

normal. Ellos son testigos de que ocurran fallas

funcionales cuando el equipo falla durante su

uso. En adición, ellos experimentan los

resultados de una falla escondida cuando los

controles fallan a la respuesta. Los operadores

de quipos son los más probables a reportar más

de las fallas por que ellos están sobre o cerca

del equipo durante el cambio. Desde ahora las

iniciativas de los operadores en el reporte del

problema o en el funcionamiento limitado de

mantenimiento pueden significar el

perfeccionamiento completamente y el

funcionamiento del equipo. Esto refuerza el

tema de soporte mutuo de las estrategias de

mantenimiento del equipo.

La habilidad de los operadores para

determinar inevitablemente fallas es una ayuda

adicional para advertencias de dispositivos e

instrumentos. Esto incluye computadoras que

monitorean cientos de diversos sistemas de

equipos, que realizan sus funciones. Personal de

operación y mantenimiento son una idea

complementaria en la detección de fallas.

Los operadores identifican fallas

funcionales y fallas ocultas cuando los

controles no responden. Personal de

mantenimiento detectan fallas potenciales y

fallas ocultas usando condiciones de técnicas de

monitoreo.

Conclusiones

La aplicación de estas estrategias de

Mantenimiento mencionadas anteriormente de

este trabajo están siendo llevadas a cabo en el

ingenio azucarero de san Miguelito en el estado

de Veracruz, todo el desarrollo anterior ha

establecido que el mantenimiento debe ser una

parte integral de las estrategias de producción.

El Siglo XXI debe construirse sobre esto. El

equipo en el siglo XXI será más confiable y

más completo. Nuevas estrategias y

procedimientos serán requeridos para realizar

confiabilidad potencial y convertirla en algo

provechoso además operaciones provechosas

serán esas que tienen usando una estrategia de

manejo de un equipo para evocar nuevos

procedimientos para aplicar técnicas modernas

de manejo, asi como de mantenimiento.

Referencias

Me.smenet.org. (2016). Mining Engineering

Online. [Online] Available at:

http://me.smenet.org

Avallone, Eugene. (1959). Marks “Manual del

Ingeniero Mecánico”. McGraw Hill, 8ª edición

Lloyd E. Brownell, Edwin H. Young. (1959). Process Equipment Design: Vessel Design Edit.

Addison-Wesley, 2ª edición

28



Control de un proceso de acondicionamiento de aire mediante Plc y pantalla HMI

MIRANDA, Francisco†*, ROCHA, Elpidio y FERNÁNDEZ, Tomás.

Recibido Julio 26 2016; Aceptado Agosto 31, 2016

___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Hoy en día los PLC son más pequeños, y se

programan por el lenguaje escalera, y el lenguaje de

compuertas lógicas ha quedado atrás ya que el

lenguaje escalera da más facilidad de programar y

da herramientas que facilita la programación.En este

trabajo se presental la programación de este PLC y

de la pantalla táctil, se lleva a cabo mediante un

software en lenguaje escalera y en diseño de

imágenes este se transfiere mediante la interfaz de la

PC al PLC mediante un cable de comunicación de

tipo USB. Se puede entrelazar el lenguaje escalera

con el diseño que se llevo a cabo y se observa en la

pantalla táctil para realizar la simulación utilizando

iconos con movimiento e imágenes representativas

de cada elemento físico.

Plc´s, Display, Interfaz

Abstract

Now a days the plc are smaller, now most plc are

programmable by ladder code and the logic gate

language can’t keep up because ladder programing

gives easier programming and tools to ease

programing.The plc and touchscreen’s

programming is done by software build with the

ladder language and the image design gets

transferred through the pc’s interface to the plc with

an usb communication cable. The ladder

programming language can be interconnected with

the design shown in the touchscreen to perform the

simulacion icons with movement and representative

images of each physical element.

Plc´s, Display, Interface

___________________________________________________________________________________________________

Citación: MIRANDA, Francisco, ROCHA, Elpidio y FERNÁNDEZ, Tomás. Control de un proceso de acondicionamiento

de aire mediante Plc y pantalla HMI. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 28-34

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___________________________________________________________________________________________________

*Correspondencia al Autor:(Correo Electrónico:[email protected])



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Control de un proceso de acondicionamiento de aire mediante Plc y

pantalla HMI. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016

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Introducción

Actualmente las empresas en su búsqueda de

mayor producción y calidad en sus productos,

optan por automatizar, implementando la

utilización de un software y hardware (PLC), el

cual solo necesita ser programado con las

características de la instrumentación, instalada

en su proceso, para mantener la operación de la

maquinaria sin necesidad de intervención

humana. Por lo cual, como estudiantes de una

carrera de ingeniería, necesitamos

conocimientos básicos de manejo y

programación de un PLC.

En ocasiones dentro de una institución

no se cuenta con dichos equipos, pero si se

llegase a contar con alguno suelen ser modelos

que ya no son utilizados a nivel industrial, por

lo cual si se quisiera aprender sobre estos

equipos se debe buscar externamente, es decir,

mediante la contratación de cursos a empresas

ajenas a la institución.

En esta ocasión el Instituto Tecnológico

Nacional de México cuenta con un prototipo de

entrenamiento en el cual están instalados un

PLC y una pantalla táctil WEINTEK, los cuales

son modelos actuales, por lo cual mediante este

proyecto se busca aprender el manejo adecuado

y programación de dichos equipos, mediante la

simulación de control de un sistema de

ventilación.

Controlador lógico programable (plc)

Es un equipo que utiliza un software, con

lenguaje escalera, para programar el control de

operación de un equipo y/o proceso para que

trabaje de manera autónoma. Esto se puede

realizar apoyándose en instrumentos de

medición, ya sean analógicos o digitales,

dependiendo de las condiciones de trabajo de

dicho equipo y/o proceso.

El PLC cuenta con una capacidad de

almacenaje de datos, con los cuales se pueden

llevar a cabo operaciones dentro del plc, los

cuales si se desea pueden ser mostrados en la

pantalla WEINTEK.

Pantalla tactil Weintek.

Es un equipo que utiliza un software, mediante

el cual se puede diseñar un programa utilizando

imágenes e iconos, con los cuales se pueden

representar los cuerpos físicos de algún equipo

o proceso, además estas imágenes e iconos se

pueden entrelazar con el programa del PLC

para simular el funcionamiento del programa en

lenguaje escalera.

La simulación es posible ya que los

programas son cargados en un PLC y pantalla

WEINTEK, que se encuentran instalados en un

prototipo de entrenamiento, el cual cuenta con

ranuras de conexión que nos permiten la

utilización de equipos de medición, ya sean

analógicos o digitales, además de las ranuras

este prototipo cuenta con botones pulsadores,

de simple y doble efecto, y cuenta con

potenciómetros los cuales pueden simular la

entrada de datos, por si no se contara con

instrumentos de medición. La ventaja de utilizar

estos equipos es que, tanto el software del PLC

como de la pantalla táctil WEINTEK son

gratuitos, es decir, que no se necesita pagar por

códigos de activación de los softwares ya que

solo hay que descargarlos en las páginas

correspondientes de los equipos.

Equipo a contolar

El PLC y la pantalla WEINTEK serán

empleados para controlar una unidad de

ventilación, ya que actualmente opera mediante

el accionamiento manual, por ello al emplear

estos equipos se busca una operación

autónoma.

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30



Para llevar a cabo el control de paro y

arranque se utilizar un sensor térmico, con el

cual se identificara la temperatura a la que se

encuentra el área, para que mediante este

podamos establecer los parámetros de control y

así mantener el are a una temperatura de

confort.

Diseño del programa de para y arranque del

sistema de ventilación en el lenguaje escalera

Al usar un equipo de medición ya sea analógico

o digital, se debe declarar el tipo de voltaje con

el que estos trabajan para que el PLC pueda

identificar estos equipos, y así poder operar

entre estos rangos.

Para ello se utilizan los siguientes

diagramas de referencia.[5]

Figura 1 Curva del diagrama para utilización D9090.

En base a estos diagramas se lleva a

cabo la declaración de energía que recibirá el

PLC mediante el lenguaje escalera, esto se hace

tanto para las entradas como para las salidas.

La dirección o referencia D9090 cambiara de

acuerdo al tipo de voltaje que utilizaran las

entradas y salidas.[5]

Tabla1 Registro de datos especiales para funciones analógicas.

Siguiendo la tabla anterior podemos

utilizar la dirección adecuada para el voltaje

con el cual se trabajara.

Además para poder observar los valores

de operación de modo entendible en la pantalla,

se debe llevar acabo un a parametrizacion y

darle una dirección correspondiente para dicha

operación además de la dirección de

almacenaje, tal como se muestra a

continuación.[1]

Figura 2 Parametrizacion y declaración de entradas.

Una vez hecha la parametrizacion se

debe establecer los rangos de paro y arranque

del sistema de ventilación. Para ello se pueden

utilizar los signos de relación (>= y <=), esta

comparación se lleva a cabo mediante el

direccionamiento que se le asigna a cada dato,

por ejemplo en la función de la parametrizacion

las direcciones que contienen la letra D son

direcciones de registro de datos, por lo tanto

utilizaremos D3 que es el registro donde se

guarda el resultado de la división y será

comparado con una nueva dirección que será,

D130 para la temperatura de paro de la unidad

de ventilación y D131 para la temperatura de

arranque de la unidad de ventilación. Las

direcciones deben respetar un orden para poder

indicar el paro y arranque de la unidad de

ventilación. [1]

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31



Figura 3 Rasgos de para y arranque de la unidad de

ventilación

Como salidas fueron nombradas M10 y

M11 ya que dentro del lenguaje de

programación para este PLC entiende estas

direcciones, por lo cual al nombrar las salidas

podemos realizar el condicionamiento de para y

arranque de la unidad de ventilación.

Ahora bien para poner en

funcionamiento la unidad de ventilación debe

ser activado el ventilador, que se encarga de

introducir el aire del medio ambiente, enseguida

de ser activada la bomba de recirculación de

agua, esta agua es la encargada de proporcionar

el área de intercambio de calor tanto del

refrigerante como del aire, y por último será

activado el compresor, que es el encargado de

poner en funcionamiento el ciclo de

refrigeración de la unidad enfriadora.

Primero se realiza la condición de paro

y arranque del ventilador, para ello se coloca un

contacto normalmente abierto con enlace de

activación con M10 y un contacto normalmente

cerrado con M11, y una salida nombrada Y0

que será la que activara el ventilador. Por

último se colocara un enclavamiento para que el

ventilador no se desenergize hasta que se abra

el contacto normalmente cerrado, debido al

cumplimiento de la comparación.[1]

Figura 4 Control de para y arranque del ventilador.

Posteriormente de la activación de la

ventilación se debe activar la bomba, para ello

se colocara un contacto normalmente abierto

con enlace a Y0 para que se active al mismo

tiempo, como salida se nombrara Y1 para que

active la bomba. [1]

Figura 5 Activación de la bomba.

Debido que el compresor se debe activar

junto con el ventilador y la bomba, se coloca un

contacto normalmente abierto enlazado a Y1

para que se active al mismo tiempo y se coloca

una salida nombrada Y2 para activar el

compresor.[1]

Figura 6 Activación del compresor

Si se desea observar la temperatura del

agua que circula del evaporador a la unidad

manejadora de aire se debe llevar a cabo otra

parametrizacion y la activación de otra entrada

de datos.[1]

Figura 7 Termómetro para la temperatura del agua.

Pantalla táctil Weintek

Primero se debe seleccionar el modelo de la

pantalla que se ocupara, el modelo de la

pantalla que se ocupo fue una MT8000.[6]

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Figura 8 Ventana de administración de proyectos.

Después de haber seleccionado

EasyBuilder8000 se procederá a crear un nuevo

proyecto y seleccionar el tamaño de la pantalla

y el modo vista.[6]

Figura 9 Ventana de configuración de tamaño de

pantalla.

Posteriormente se debe configurar el

tipo de PLC con el que estará trabajando. [6]

Figura 10 Ventana de propiedades del dispositivo.

Una vez seleccionada la casilla OK se

abra agregado el tipo de PLC.[6]

Figura 11 Ventana de configuración del tipo de PLC.

Figura 12 Programa diseñado en EasyBuilder8000.

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33



En la imagen que se observa arriba está

representado el funcionamiento de la unidad de

ventilación, por lo cual las únicas imágenes que

se mueven son las barras, los círculos rojos

colocados al centro del ventilador, bomba y

compresor, además de los indicadores

numéricos.

En las figurass siguientes se muestra el

PLC que se utilizo, asi como la pantalla HMI

(táctil), los equipos mencionados anteriormente

fueron utilizados enla apliacacion real de este

trabajo

Figura 13. PLC y pantalla táctil

Figura 14 Sistema de acondicionamiento de aire

Aportación

Los elementos están entrelazados al lenguaje

escalera para poder visualizar el

funcionamiento del programa, por ejemplo los

círculos rojos cambian a color verde cuando son

activados y regresan al rojo cuando se

desactivan esto simula el paro y arranque de

cada elemento, los indicadores numéricos a la

izquierda de la barra superior están

configuradas para poder introducir el valor de

temperatura de paro y arranque, mientras que

los otros dos muestran la temperatura enviada

por el sensor térmico y el termómetro.

Las aportaciones de este trabajo son las

formas de explicar paso a paso la programación

en lenguaje escalera, asi como la manera de

desarrollar el proceso del sistema en la pantalla

táctil, que se asemeja a lo que ocurre

prácticamente en la realidad, asi como la

sencillez para manejar este tipo de equipos, de

esta manera los alumnos obtendrán nuevos

conocimientos en las aplicaciones con este PLC

y la pantalla HMI (Human Machine Interface).

Se considera una idea original la de este

trabajo ya que es difícil encontrar este equipo

en alguna otra institución de eduacion superior,

quizá en el ámbito industrial sea aplicable, ya

que este es un PLC y asi como su pantalla táctil

actualizados.

Se considera como principal fortaleza de

este articulo las practicas que se puedan realizar

en el laboratorio que servirán para obtener

experiencias practicas y reales de los alumnos

que participan en ellas, asi como, aprenderán la

programación del PLC y de la pantalla táctil, de

igual manera aprenderán a simular los procesos

reales similares a las practicas industriales.

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34



Conclusiones

Al realizar un trabajo de esta manera como

estudiantes se puede aprender de manera

adecuada la programación y manejo de un PLC

ya que gracias al prototipo de entrenamiento se

puede interactuar de manera real con un PLC y

debido al diseño del mismo los programas que

se realizan son funcionales a nivel industrial, ya

que estos pueden ser cargados en un proceso

real.

Referencias

[1]Hardware Manual for VH Series PLC

[2] High Speed Processing Instructions

[3] Introduction to M, VB and VH Series PLC

[4] PLC Connection Guide

[5]C. VH-20AR Unit User Manual

[6] Easy Builder Installation and Startup Guide.

35



Reconstrucción Robusta de Imágenes Multiespectrales de Percepción Remota en

GPUs

RAMÍREZ-ZAPATA, Rodrigo†*, CASTILLO-ATOCHE, Alejandro, MORENO-SABIDO, Mario,

BLANCO-VALDEZ, Magnolia.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

En este artículo se propone la utilización de técnicas de

regularización determinísticas para la reconstrucción

robusta de imágenes multiespectrales de percepción

remota (RS) en tiempo real. Debido a la alta resolución

espacial y espectral de las imágenes RS multiespectrales,

en este estudio se propone desarrollar una arquitectura

basada en técnicas de cómputo en paralelo para

implementar el algoritmo iterativo mínimos cuadrados

restringidos ponderados (WCLS) y obtener una óptima

reconstrucción de las imágenes de percepción remota en

Unidades de Procesamiento de Gráficos (GPUs). Este

procesamiento en paralelo se realiza utilizando múltiples

núcleos CUDA en conjunto de subrutinas de algebra

lineal optimizadas (cuBLAS) para acelerar el tiempo de

procesamiento. La principal contribución de este trabajo

consiste en la reconstrucción robusta WCLS adaptada

para imágenes multiespectrales en una arquitectura

paralela optimizada. Los resultados experimentales

muestran el rendimiento del procesamiento alcanzado en

el GPU, y se comparan con otras plataformas digitales de

alto desempeño.

Percepción Remota, Cómputo Paralelo, GPUs

Abstract

This article propose the use of regularization techniques

for remote sensing multispectral imagery in real time.

Due to high spatial and spectral resolution of remote

sensing imagery, this article proposes develop an

architecture base on parallel computing to implement the

Weighted Constrained Least Squares (WCLS) and

improve the quality of remote sensing imagery using

Graphical Processing Units (GPUs). This parallel

processing is performed using multiple cores CUDA

optimized set of linear algebra subroutines (cuBLAS) to

speed up the processing time. The main contribution of

this work is the reconstruction robust WCLS adapted to

multispectral images in a parallel architecture.

Experimental results show processing performance

achieved in the GPU, and compared with other high

performance digital platforms.

Remote Sensing, Parallel Computing, GPUs

___________________________________________________________________________________________________

Citación: RAMÍREZ-ZAPATA, Rodrigo, CASTILLO-ATOCHE, Alejandro, MORENO-SABIDO, Mario, BLANCO-

VALDEZ, Magnolia Reconstrucción Robusta de Imágenes Multiespectrales de Percepción Remota en GPUs. Revista de

Aplicaciones de la Ingenieria. 2016, 3-8: 35-43

___________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

*Correspondencia al Autor:(Correo Electrónico: [email protected])



ISSN-2410-3454


RAMÍREZ-ZAPATA, Rodrigo, CASTILLO-ATOCHE, Alejandro,

MORENO-SABIDO, Mario, BLANCO-VALDEZ, Magnolia Reconstrucción Robusta de Imágenes Multiespectrales de Percepción

Remota en GPUs. Revista de Aplicaciones de la Ingenieria. 2016

36



Introducción

Percepción remota (PR) es una técnica que ha

evolucionado permitiendo que su aplicación sea

cada vez más evidente en las diferentes áreas de

conocimiento. Los arreglos de sensores multi-

escala en satélites que orbitan alrededor del

planeta permiten la adquisición de imágenes

multiespectrales de la superficie terrestre para

su posterior análisis y tratamiento. Esta técnica

obtiene información a distancia de objetos

ubicados en la superficie terrestre, mediante la

adquisición de las imágenes para su

interpretación y aplicación en los diferentes

campos del conocimiento (INEGI, 2006;

Trinder, 2014; Shaw & Hsiao-hua K. Burke,

2003). Con la aparición de los nuevos sensores

multi-escala, los cuales son capaces de generar

imágenes multiespectrales de super-resolución

y cubrir áreas geográficas de 680,000 Km2 por

día (Digitalglobe, 2016), es necesario plantear

una nueva estrategia para acelerar el

procesamiento del gran volumen de datos

proveniente de dichos sensores.

Adicionalmente, la complejidad

computacional y el tiempo de procesamiento de

las técnicas de regularización para el

mejoramiento de imágenes multiespectrales de

alta resolución han sido empleadas en

diferentes estudios en tiempo real (Shaw &

Hsiao-hua K. Burke, 2003; Hangye Liu ,

Yonghong Fan, Xueqing Deng, & Song Ji,

Parallel Processing Architecture of Remotely

Sensed Image Processing System Based on

Cluster, 2009), permitiendo mejoras de las

imágenes en ambientes de incertidumbre.

Para realizar el procesamiento en tiempo

real, existen diferentes plataformas que realizan

el procesamiento, por ejemplo, los Procesadores

Digitales de Señales (DSPs) (Qi Chang , Sun

Fuxiong, & Huang Tianshu, 2005),

computadoras personales de alto desempeño

(PCs) o arreglos de computadoras tambien

conocidos como clústers (Hangye Liu ,




Cluster, 2009), son los más utilizados al

momento de procesar grandes volúmenes de

datos.

Los clústers de PCs permiten distribuir

el procesamiento en un arreglo de

computadoras y de esta manera obtener un

procesamiento distribuido logrando procesar

grandes volúmenes de datos y disminuir el

tiempo de procesamiento (Hangye Liu ,




Cluster, 2009). Sin embargo, el principal

incoveniente de los clusters de computadoras es

su costo, ya que requieren de hardware

especializado para su implementación,

requiriendo configuraciones para que las PCs

puedan trabajar de manera conjunta. Otra

alternativa son los Arreglos de Compuertas

Programables en el Campo (FPGAs, por sus

siglas en inglés) ya que son dispositivos de bajo

consumo, utilizados para paralelizar el

procesamiento de manera eficiente. Sin

embargo, su puesta en marcha puede

representar un reto debido al tiempo requerido

para realizar co-diseños hardware/software

(Bernabe, Lopez, Plaza, Sarmiento, & Garcia

Rodriguez, 2011), (Castillo et all., 2009) para

su implementación.

ISSN-2410-3454





37



Por otra parte, las Unidades de

Procesamiento de Gráficos (GPUs, por sus

siglas en inglés) han logrado incrementar el

poder de procesamiento computacional

permitiendo sobrepasar a los esquemas

tradicionales con CPUs al realizar el

procesamiento en paralelo. El GPU NVIDIA

G200 con arquitectura Fermi, cuenta con 256

núcleos CUDA permitiendo llegar a picos de

300 Gigaflops de operaciones de punto flotante

por segundo, representando un 30% de mejora

en comparación del procesamiento con CPUs.

NVIDIA proporciona la plataforma CUDA que

permite desarrollar aplicaciones que

aprovechan el poder de cómputo en paralelo de

los GPUs de NVIDIA. CUDA es una extensión

del lenguaje de C que interactúa con el GPU

desde un lenguaje de alto nivel, acelerando el

desarrollo de las aplicaciones (Cook, 2012).

En este artículo se propone la

implementación robusta del algoritmo

determinístico mínimos cuadrados restringidos

ponderados (WCLS, por sus siglas en inglés)

para la reconstrucción de imágenes

multiespectrales obtenidas por el satélite

Landsat 7. La implementación propuesta utiliza

subrutinas de OpenCV para la carga de las

bandas de la imagen multiespectral, y

adicionalmente subrutinas de algebra lineal

cBLAS y cuBLAS para realizar operaciones

matriciales en el CPU y el GPU. La ejecución

de las implementaciones se realizaron en dos

estaciones de trabajo, la primera, con un CPU

Intel Xeon E5-2403 de cuatro núcleos con una

frecuencia de reloj de 1.8 GHz, 8 GB de

memoria RAM y un GPU NVIDIA Quadro

2000, con 192 núcleos CUDA y 1 GB de

memoria global. La segunda estación de trabajo

cuenta un procesador Intel Xenon E603 con

cuatro procesadores con una frecuencia de reloj

de 1.6 GHz con 24 GB de memora RAM y un

GPU de alto desempeño NVIDIA Tesla C2075,

con 448 núcleos CUDA, con 6 GB de memoria

global.

Finalmente, se presentan los resultados

experimentales realizando un análisis

comparativo del nivel de reconstrucción de las

imágenes multiespectrales y, del tiempo de

procesamiento demostrando el procesamiento

en tiempo real.

Técnicas de regularización

En esta sección se describe el modelo de un

sistema de percepción remota para la técnica de

regularización WCLS. Cada banda de la imagen

multiespectral de percepción remota se puede

modelar como: , donde

es el modelo del canal y n es el ruido, dentro

del dominio del espacio temporal ,

donde y = (t,p)T define los puntos tiempo(t)-

espacio(p) en . Los datos

definen la ecuación de observación

estocástica, que en su forma discreta vectorial

se puede escribir como sigue:

. (1)

En este trabajo la función representa

una matriz de dispersión (PSF, por sus siglas en

inglés) con un planteamiento no-paramétrico y,

la solución del problema inverso consiste en

obtener un operador que se aplique al vector

de datos , produciendo como resultado la

estimación de la señal/imagen de interés, esto

es:

). (2)

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38



Algoritmo de mínimos cuadrados

restringidos (CLS)

Considerando media cero con ruido aditivo

blanco Gaussiano al momento de la adquisición

de los datos de observación, los parámetros de

regularización se ajustan como la inversa de la

relación señal-ruido, y W es considerado como

el operador solución que permite la

reconstrucción robusta de la señal de entrada

(3)

Donde es igual a , siendo el

nivel de la escala de grises anterior al patrón del

espectro espacial, y es la intensidad del

ruido aditivo.

Algoritmo de mínimos cuadrados restringido

ponderado (WCLS)

En WCLS, se considera nuevamente una media

cero para el ruido aditivo y el manejo de

matrices de ponderación y , las cuales

tienen la función de suavizado permitiendo

converger a la función de costo de manera más

rápida y efectiva. En este caso, el estimador del

algoritmo WCLS se vuelve más robusto

. (4)

Implementación de CLS y WCLS en GPU

La implementación de los algoritmos CLS y

WCLS se desarrollaron con la técnica de co-

diseño HW/SW, es decir, se particionó la

imagen espacial espectralmente y, se

implementa el procesamiento tanto en el CPU

(host), como en el GPU (device).

En la Figura 4 se puede visualizar el

diagrama de flujo del procesamiento, el cual

inicia con la adquisición de la imágen

multiespectral asignada a la memoria del host,

donde se estima el proceso de distorsión

obteniendo una imagen sintética, la cual es

reconstruida utilizando los algortimos CLS y

WCLS.

Figura 4 Flujo de procesamiento.

El cálculo del estimador y el proceso de

reconstrucción/mejoramiento se realizan en el

GPU. En la Figura 5, se muestra el algoritmo de

reconstrucción WCLS, que requiere del cálculo

de la inversa de , para

posteriormente obtener el estimador y la

estimación ( ) de la imagen .

Para el cálculo del estimador y el

proceso de reconstrucción, se utilizan

subrutinas de la biblioteca de algebra lineal de

CUDA (cuBLAS, por sus siglas en inglés) la

cual es una versión de las subrutinas de algebra

lineal también conocidas como BLAS por sus

siglas en inglés, diseñada para su ejecución en

GPUs CUDA.

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39



Figura 5 Algoritmo de reconstrucción WCLS.

Cálculo del estimador

Las matrices toeplitz necesarias para generar

el cálculo del estimador , son generadas en el

host y posteriormente son asignadas a las

localidades de memoria del GPU, donde se

realiza el cálculo del estimador y el proceso de

reconstrucción. Como se puede observar en la

ecuación 3 y 4, es necesario el cálculo de la

inversa de la matriz aumentada de mínimos

cuadrados (LS, pos sus siglas en inglés).

Computacionalmente hablando, el cálculo de la

inversa de una matriz es una de las operaciones

más demandantes. Por tal motivo se propone el

uso de la técnica descomposición de LU por

bloque (Vasily Volkov & James W. Demmel,

2008; Emmanuel Agullo , y otros, 2011), para

incrementar el paralelismo y disminuir el

tiempo de procesamiento. Para el cálculo del

estimador, primero es necesario descomponer el

resultado de en dos matrices

triangulares , donde es una matriz

triangular donde todos sus elementos superiores

a la diagonal principal son cero y es una

matriz triangular en la cual todos sus elementos

inferiores a la diagonal principal son cero. Una

vez establecidas las matrices triangulares se

plantea un sistema de ecuaciones lineales, y

como resultado de la solución de dicho

conjunto de ecuaciones se obtiene la matriz

inversa deseada.

La solución del sistema de ecuaciones se

plantea de la siguiente manera: se resuelve el

sistema de ecuaciones , donde es la

matriz identidad de la misma dimensión de .

Posteriormente, se implementa el sistema de

ecuaciones ¸ donde es la matriz

inverza deseada.

En la Figura 6 se muestran los Kernels

utilizados para generar las matrices y ,

directamente en la memoria del GPU con el

objetivo de evitar la asignación de dichas

matrices de la memoria del host a la memoria

del GPU, ya que esto demanda más ciclos de

reloj, implicando un mayor tiempo de

procesamiento.

Figura 6 Kernel matrixMv y MatrixMu

Para encontrar la solución del sistema de

ecuaciones lineales se utiliza la rutina

cublasStrsm de la biblioteca cuBLAS. Como se

puede observar en la Figura 5, para el cálculo

del estimador es necesario realizar la

operación teniendo como resultado el

estimador , el cual será utilizado en el

proceso de recontrucción de la imagen

multiespectral.

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40



Proceso de reconstrucción

El proceso de reconstrucción se realiza

utilizando la rutina cublasSgemm que permite

realizar la operación matricial ,

donde , y son matrices de la misma

dimensión de , y las literales y son

escalares. La subrutina cublasSgemm es de

precisión simple y puede alcanzar picos de

2,500 Gflops al momento de realizar la

operación antes mencionada.

Operacionalmente hablando, el proceso de

reconstrucción consiste en la aplicación del

estimador a la matriz . Como resultado de

dicha operación se obtendrá la aproximación

deseada ( .

Análisis del desempeño

En esta sección se describe el análisis del

desempeño de las arquitecturas determinísticas

CLS y WCLS implementadas en el codiseño

CPU/GPU. El caso de estudio consiste de una

imagen multiespectral del estado de Yucatán,

adquirida en el año 2005 con una resolución de

847 x 1794 pixeles, capturada por el satélite

Landsat 7. Para determinar el nivel de

reconstrucción logrado después de la aplicación

de los algoritmos, se calculó la relación de

mejoramiento de la señal entrada-salida

(IOSNR, por sus siglas en inglés) para obtener

el nivel de reconstrucción/mejoramiento de la

imagen multiespectral, esto es:

, (5)

Donde es cada banda de la imagen

multiespectral que se encuentra degradada con

el modelo n; corresponde a la

escena original sin distorsión, y corresponde a

la aproximación o imagen reconstruida de .

Análisis de la calidad de la reconstrucción

En la Tabla 6 se pueden observar los resultados

experimentales obtenidos de los algoritmos

CLS y WCLS. Para el proceso de

reconstrucción de ambos algoritmos se

consideró una media cero, es decir, no se

contempló información a priori en el proceso de

reconstrucción. En los experimentos relizados

se emplearon como parámetros de

regularización para el algortimo CLS

y, y = 0.3I para WCLS. En la

Figura 4(a) se observa la imagen RGB

compuesta por las bandas 4, 3, y 2 de la

imagen multiespectral adquirida por arreglo

Landsat 7. En la Figura 4(a) se resalta de color

rojo la vegetación, de color azul cian las zonas

urbanas, y de color café claro a obscuro las

superfices de tierra o suelo. Lo anterior es

debido a que la longitud de onda de la banda 4

tiene un índice de reflectancia mayor para la

vegetación. Al momento de la combinación de

las bandas de la imagen multiespectral para

crear la imagen RGB (falsecolor) se resalta de

color rojo la vegetación.

Como se puede observar en la Figura

4(b), la imagen se encuentra distorsionada por

el modelo del canal. La imagen resultante del

proceso de reconstrucción aplicando el

algortimo CLS se puede observar en la Figura

4(c), y la imagen resultante del algoritmo

WCLS se puede observar en la Figura 4(d). El

algortimo CLS presenta resultados de

mejoramiento de hasta 1.98 dB de IOSNR y de

hasta 2.9 dB para el algoritmo WCLS. En la

Tabla 6 se puede observar el IOSNR de manera

individual para cada una de las bandas del

sensor Landsat 7 una vez aplicados los

algoritmos CLS y WCLS.

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41



IOSNR (dB)

Banda WCLS CLS

1

2

3

4

5

7

2.34

2.24

2.18

2.9

2.27

1.97

1.74

1.72

1.7

1.98

1.61

1.47

Tabla 6 Resultados experimentales

Análisis del tiempo de procesamiento

A continuación, se presentan los tiempos de

procesamiento para los algoritmos CLS y

WCLS, comparando el tiempo de ejecución del

cómputo en paralelo con GPUs y el

procesamiento con CPUs, únicamente. Para

medir el tiempo de procesamiento al momento

de aplicar los algoritmos se utilizó la función

clock_gettime() para capturar el momento

exacto del inicio del proceso de reconstrucción,

y el momento exacto en que esté finalizó. El

GPU utilizado para realizar los experimentos

fue el GPU Quadro 2000 con 192 núcleos

CUDA y 1 GB de memoria RAM con un ancho

de banda de 41.6 GB/s instalado en la estación

de trabajo 1. La segunda estación de trabajo

cuenta con un GPU de alto desempeño Tesla

C2075 con 448 núcles CUDA con ancho de

banda 144 GB/s.

Figura 7 Escena de prueba: a) falsecolor bandas 4, 3, 2;

b) falsecolor de la escena degrada; c) falsecolor escena

reconstruida aplicando CLS; d) falsecolor de la escena

reconstruida aplicando WCLS.

En el gráfico 1 se puede observar el

tiempo de procesamiento del algoritmo WCLS.

Es importante señalar que para la

implementación de los algoritmos se utilizaron

las subrutinas de algebra líneal CBLAS y

cuBLAS para realizar las operaciones

matriciales correspondientes de manera

eficiente. La aceleración resultante utilizando

técnicas de cómputo en paralelo con GPUs, en

comparación con CPUs al momento de aplicar

el algoritmo WCLS es de 13x utilizando el

GPU Quadro 2000; el tiempo de procesamiento

es de 22843.41 ms y de 1756.98 ms en el CPU

y GPU respectivamente. El algortimo CLS

alcanzó una aceleración de 16x utlizando el

GPU Tesla C2075, con un tiempo de 20879.38

ms y 1303.61 ms en el tiempo de

procesamiento en el CPU y GPU (Gráfico 2).

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42



Gráfico 1 Tiempo de procesamiento del algoritmo

WCLS

Gráfico 2 Tiempo de procesamiento del algoritmo CLS

Conclusiones

El principal resultado de este estudio consiste

en el diseño de una arquitectura basada en

técnicas de cómputo en paralelo para

implementar el algoritmo WCLS en GPUs. Este

algoritmo obtiene una óptima reconstrucción de

imágenes multiespectrales de percepción

remota utilizando técnicas de regularización

determinísticas para la reconstrucción robusta

en aplicaciones en tiempo real. El análisis del

desempeño demostró la eficiencia de la

implementación a nivel de la reconstrucción de

la imagen, así como en la substancial reducción

del tiempo de procesamiento al implementar el

algoritmo en GPUs.

Referencias

Bernabe, S., Lopez, S., Plaza, A., Sarmiento,

R., & Garcia Rodriguez, P. (2011). FPGA

Design of an Automatic Target Generation

Process for Hyperspectral Image Analysis.

Parallel and Distributed Systems (ICPADS),

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Cook, S. ( 2012). CUDA Programming: A

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GPUs (Applications of Gpu Computing).

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https://www.digitalglobe.com/about/our-

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Emmanuel Agullo , Cédric Augonnet, Jack

Dongarra, Mathieu Faverge, Julien Langou,

Hatem Ltaief, & Stanimire Tomov. (2011). LU

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IEEE.

Hangye Liu , Yonghong Fan, Xueqing Deng, &

Song Ji. ( 2009). Parallel Processing

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Processing System Based on Cluster. IEEE.

Hangye Liu , Yonghong Fan, Xueqing Deng, &

Song Ji. (2009). Parallel Processing

Architecture of Remotely Sensed Image

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INEGI. (2006). Boletín de los Sistemas

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ISSN-2410-3454





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Qi Chang , Sun Fuxiong, & Huang Tianshu.

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on DSP. International Workshop on Cellular

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Shaw, G. A., & Hsiao-hua K. Burke. (2003).

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Trinder, J. C. (2014). The Evolution Of ISPRS

Activities In The Spatial Information Sciences:

Developments In SDI In Australia.

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Vasily Volkov , & James W. Demmel. (2008).

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Castillo Atoche, A.; Shkvarko, Y.V., Perez

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Hardware/Software Co-Design for Real-Time

Enhancement of Remote Sensing Imagery,

Journal of Real Time Image Processing, Vol. 4,

Issue 3, 261–272.

http://link.springer.com/journal/11554/4/3/page/1

44



Tablero para prácticas de Termografía Infrarroja

ESTRADA, Francisco†* y FERNANDEZ, Luis.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Entre los objetivos perseguidos con este artículo se

hallan los siguientes: a) introducir al alumno al

mundo de las técnicas predictivas; b) aplicar los

conocimientos de transferencia de calor así como

los conceptos de calor y temperatura; c) desarrollar

el sentido analítico del estudiante para poder

determinar las anomalías térmicas presentes y, d)

familiarizar al estudiante con el software utilizado

por distintos fabricantes para la elaboración de los

reportes. Se entiende entonces que con un tablero de

práctica de Termografía Infrarroja se contribuirá a

la preparación del estudiante, permitiéndole

introducirse al ámbito del ahorro de energía, del

comportamiento del calor, de los patrones térmicos

de funcionamiento de los distintos dispositivos

eléctricos y de control, así como de los criterios para

la evaluación de las anomalías térmicas.

Termografía, mantenimiento predictivo, tablero

de prácticas, cámara de imágenes térmicas

Abstract

Among the objectives of this article are the

following: a) to introduce students to the world of

predictive techniques; b) to apply knowledge of heat

transfer as well as the concepts of heat and

temperature; c) to develop the analytical sense of

the student in order to determine the thermal

anomalies and, d) to familiarize students with the

software used by different manufacturers for the

production of thermography reports.It was

understood that a board practice of Infrared

thermography will contribute to the preparation of

the student, allowing him to enter the field of energy

saving, behavior of heat, thermal patterns of

operation of various electrical and control devices,

as well the criteria for the evaluation of thermal

anomalies.

Thermography, predictive maintenance, board

of practices, thermal imaging camera

___________________________________________________________________________________________________

Citación: ESTRADA, Francisco y FERNANDEZ, Luis. Tablero para prácticas de Termografía Infrarroja. Revista de

Aplicaciones de la Ingenieria. 2016, 3-8: 44-50

___________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

*Correspondencia al Autor: (Correo Electrónico: [email protected])



ISSN-2410-3454


ESTRADA, Francisco y FERNANDEZ, Luis. Tablero para

prácticas de Termografía Infrarroja. Revista de Aplicaciones

de la Ingenieria. 2016

45



Introducción

El Mantenimiento Predictivo se ha convertido

herramienta indispensable para la gestión del

mantenimiento, buscando optimizar el

desempeño de maquinaria y procesos, siendo

un objetivo común el reducir costos de

operación y maximizar el margen de ganancias,

mediante el uso de técnicas predictivas tales

como Análisis de Vibraciones, Análisis por

Ultrasonido, Termografía y Análisis de Aceite.

Por esto, se vuelve prioritario a nivel industrial

que el personal tenga la preparación y los

criterios adecuados para poder diagnosticar

correctamente las anomalías o desviaciones que

sean halladas mediante la técnica que se esté

utilizando, de ahí la necesidad de que nuestros

estudiantes salgan con dicha competencia.

De acuerdo a la Guía de Termografía Infrarroja

(2011), de la Fundación de energía de la

comunidad de Madrid, la termografía infrarroja

es la técnica que permite medir temperaturas a

distancia y sin necesidad de contacto físico con

el objeto a estudiar, mediante la captación de la

radiación infrarroja del espectro

electromagnético, en las figuras 2 y 3 vemos la

aplicación de esta definición.

Lo que observamos en dichas figuras

son termogramas o imágenes radiométricas, las

cuales son imágenes térmicas que contienen

cálculos de las medidas de temperatura de todos

los puntos de la imagen (Guía de la

Termografía Infrarroja, 2011). Esto permite

detectar componentes eléctricos y mecánicos

con mayor temperatura que la de su operación

normal, indicando áreas de fallas inminentes o

áreas con excesiva pérdida de calor, que

usualmente son síntomas de averías El uso de

esta técnica, permite la reducción de los

tiempos de parada al minimizar la probabilidad

de fallas imprevistas o no programadas en

equipos e instalaciones.

Existen dos tipos principales de

termografía, de acuerdo con la Guía para

inspecciones infrarrojas del Infraspection

Institute (2000):

1. Termografía infrarroja cualitativa. Es la

práctica de reunir información acerca de

una estructura, sistema, objeto o proceso

por la observación de imágenes de

radiación infrarroja, y el registro y

presentación de esa información.

2. Termografía infrarroja cuantitativa. Es

la práctica de medición de temperaturas

de patrones observados de radiación

infrarroja.

De esta misma publicación tenemos

algunos puntos que marcan las

responsabilidades principales de un termógrafo,

entre ellas mencionaré las más acordes a este

proyecto, reforzando la importancia de este tipo

de prácticas:

1. Las inspecciones infrarrojas serán

desarrolladas cuando el ambiente y las

condiciones físicas tales como la

ganancia solar, el viento, humedad

superficial y atmosférica y la

transferencia de calor sean favorables

para reunir datos precisos.

2. El termógrafo infrarrojo tendrá

suficiente conocimiento de los

componentes, construcción y teoría de

los sistemas mecánicos y eléctricos para

los patrones de radiación observados.

3. El termógrafo infrarrojo usará equipo de

medición y/o imágenes térmicas con

capacidades suficientes para conocer los

requerimientos de inspección.

ISSN-2410-3454





46



4. El termógrafo infrarrojo será

acompañado por un asistente cualificado

que esté bien informado del equipo a

inspeccionar.

5. A menos que él/ ella sea un electricista

con licencia, ingeniero profesional o

tenga otras cualificaciones, el

termógrafo infrarrojo no desarrollará

alguna tarea que sea hecha por esas

personas normalmente. A menos que

sea calificado y autorizado por el

usuario final, el termógrafo infrarrojo:

a) No removerá o cambiará cubiertas o

abrirá tableros que contengan

equipamiento eléctrico o mecánico.

b) No realizará medición de cargas

eléctricas de equipos.

Dando entonces la introducción previa,

se presenta un tablero diseñado para realizar

prácticas, con las condiciones básicas del

entorno industrial eléctrico, lo cual inducirá al

estudiante hacia el área de las técnicas

predictivas y ensayos no destructivos,

reforzando los conceptos teóricos, mediante el

manejo de equipo y software especializado, en

el cual se puede manejar cargas monofásicas y

trifásicas, interruptores, fusibles (uno de ellos

habilitado para falla), cargas de iluminación que

muestren la eficiencia energética, resistencias

entre otros elementos característicos del ámbito

del mantenimiento eléctrico.

Los instrumentos básicos para el

correcto uso y desarrollo del tablero para

prácticas de Termografía infrarroja, así como

una cámara termográfica FLIR® T440 con las

siguientes especificaciones: resolución de IR de

320 X 440 pixeles (140800 lecturas

radiométricas), lente de 18 mm, configurada a

0.95 en emisividad como base. Ver Figura 1.

Figura 1

Arreglo del tablero

El tablero se diseñó de tal modo, que el alumno

pueda practicar y simular las condiciones

básicas de carga eléctrica utilizando equipo

termográfico. El tablero de prácticas consiste de

un circuito eléctrico de 220 V, el cual está

constituido por dos cajas de fusibles, una

“Principal” y otra de “Prueba”, ver Figura 4.

La primera caja es la “Principal” y está

constituida por tres fusibles de 30 A de la salida

de la caja “Principal”, se deriva la segunda caja

de fusibles, que es la de “Prueba”.

La segunda caja también está

conformada por tres fusibles de 30 A, pero cabe

destacar que las “láminas” de los fusibles

fueron preparadas para provocar su

calentamiento y así pudieran quemarse, es

decir, se creó una anomalía térmica.

De allí, se deriva una línea de 110 V, la

cual acciona un foco incandescente de 100 W y

cuenta con un contacto en el cual se conectará

la resistencia casera para calentar agua.

La línea “Neutra” y la “Tierra”, se

derivan de la Caja Principal. De la caja de

fusibles de “prueba”, continúan las 3 fases

hacia un contacto de 220 V trifásico, para así

poder conectar un equipo industrial, por

ejemplo un motor o una máquina para soldar.

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47



Figura 2

Figura 3

Figura 4

Metodología de práctica

La metodología a utilizar con el tablero de

prácticas de termografía infrarroja se enlista a

continuación:

- Identificar las funciones básicas de una

cámara termográfica

- Identificar las fallas típicas de los

elementos básicos del entorno eléctrico

industrial, desde el enfoque térmico.

- Reconocer los patrones térmicos de los

distintos elementos

- Determinación de la criticidad del

evento a inspeccionar.

- Determinar las posibles soluciones al

hallazgo presentado.

El estudiante trabajará sus prácticas con

suficiente conocimiento teórico para poder

llegar a la determinación de un diagnóstico

certero a través de la interpretación de los

termogramas que obtenga en su inspección así

como la adecuada aplicación de los criterios

establecidos, según la industria en la que se esté

inspeccionando. Como referencia tenemos a

Tabla 1 en Anexos.

Resultados

Se obtienen los siguientes resultados de la

inspección del tablero y además del prototipo

de este artículo, el alumno dispone de mesas de

equipo rotativos para complementar con las

inspecciones mecánicas por termografía. A

partir de la Figura 5 a la Figura 10 veremos

termogramas que son resultado de los diversos

análisis realizados como prácticas de los

estudiantes.

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48



Figura 5

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Figura 10

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49



Anexos

Acción Us

navy

Neta Nmac Nuclear Ces

Observación 10°

C –

24°

C

1ºC

–

3ºC

0,5°

C –

8°C

5ºC –

15ºC

14ºC

-

20ºC

1ºC

–

10ºC

Intermedia 25°

C –

39°

C

4ºC

–

15ºC

9° C

– 28°

C

16ºC –

35ºC

21ºC

-

60ºC

11ºC

–

20ºC

Crítica 40°

C –

69°

C

----- 29° C

– 56°

C

36ºC –

75ºC

21ºC

–

40ºC

Inmediata >

70°

C

>

15ºC

> 56°

C

> 75ºC >

61ºC

>

40ºC

Tabla 1

Agradecimientos

Agradecimientos principalmente a la

Universidad Tecnológica de Altamira por la

facilidad de las instalaciones, equipo

termográfico así como a los alumnos

participantes en el proyecto.

Conclusiones

Se entiende entonces que con un tablero de

práctica de Termografía Infrarroja se

contribuirá a la preparación del estudiante,

permitiéndole introducirse al ámbito del ahorro

de energía, del comportamiento del calor, de los

patrones térmicos de funcionamiento de los

distintos dispositivos eléctricos y de control, así

como de los criterios para la evaluación de las

anomalías térmicas.

Podemos concluir que el uso de esta

técnica está cobrando gran importancia debido

a su aplicación en diversos campos como la

oncología, subestaciones e instalaciones

eléctricas, en urgencias hospitalarias,

traumatología, entre otros además del

tradicional mantenimiento predictivo o ensayo

no destructivo, dando al estudiante varios

campos de inclusión al ámbito laboral con el

conocimiento adquirido de la termografía

infrarroja.

Referencias

Seffrin, J., (2000), Guideline for Infrared

inspection of electrical and mechanical systems,

Burlisngton, Nueva Jersey, EEUU,

Infraspection Institute.

Meolgosa, S., (2011), Guía de la Termografía

Infrarroja, Madrid:España, Fundación de la

Energía de la Comunidad de Madrid

Snell, J., (1998), US NAVY - MIL-STD-2194

(SH), "Infrared Thermal Imaging Survey

Procedure for Electrical Equipment", Naval Sea

Systems Command 02/1988.

Snell, J., (2001), "A different Way to

Determine Repair Priorities using a Weighted

Matrix Methodology", USNAVY-MIL-STD-

2194 (SH), Snell Infrared.



Matrix Methodology", NETA-MTS-2001, Snell

Infrared

Snell, J., (2001), "Maintenance Testing

Specifications for Electric Power Distribution

Systems", NETA International Electrical

Testing Association, Snell Infrared

ISSN-2410-3454





50





Matrix Methodology", Nuclear Maintenance

Applications Center - Infrared Thermography

Guide (NP-6973), EPRI Research Reports

Center, Snell Infrared.

Rogers, R. J. (2002), "Just try it!” Nuclear

Industry Guidelines - (IR-F/H/V-200, Rev. 1),

Infrared Training Center.

Rogers, R. J., (2002), "Just try it!", CES

Guidelines-Overhead electrical wiring, Infrared

Training Center.

Infrared Training Center, (s. f.), Manual de

Termografía.

T440 Datasheet, recuperado de

www.flir.com.mx, el 13 de septiembre del

2016.

Termogramas y fotografías del tablero son de

fuente propia.

51

Articulo Revista de Aplicaciones de la Ingenieria Septiembre 2016 Vol.3 No.8 51-59

Diseño de un convertidor de potencia eléctrico para obtener menos pérdidas de

energía

AUSTRIA, León†*, NORIEGA, Raymundo, CANALES, Benito y RUIZ, Luis.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

En este escrito se propone y se hace conciencia sobre la

importancia en el diseño eficaz de la topología del

convertidor como la selección de la mejor frecuencia de

conmutación y el cálculo de pérdidas de potencia de los

componentes electrónicos que se propongan para elevar

la eficiencia del mismo, con lo cual se convertirá en

mayor autonomía para el vehículo eléctrico producto de

la reducción del peso y el tamaño del modulo de potencia

que alimentará a sistema de tracción. Se da una

introducción al estado del arte y marco teórico en la

primera parte sobre las investigaciones encaminadas a

vehículos eléctricos. En el desarrollo se describen las

mejores topologías para convertidores de potencia,

aspectos importantes para la selección de la mejor

frecuencia de conmutación y por último como calcular

las pérdidas de potencia para los componentes

electrónicos y proponer los adecuados para un sistema

conmutación de potencia en particular.

Cálculo, conmutación, convertidor, diseño.

Abstract

In this paper is proposed and is awareness of the

importance in the effective design of the topology of the

converter as the selection of the best switching frequency

and the calculation of power loss of electronic

components that they intend to raise the efficiency of it,

whereupon it will become greater autonomy for electric

vehicle product of the reduction of the weight and size of

the module of power that will feed system of traction. An

introduction is given to the State of the art and theoretical

framework in the first part on research on electric

vehicles. Development describes the best topologies for

power converters, important aspects for the selection of

the best switching frequency and finally calculate the

losses of power for electronic components and propose

the suitable for a system power switching in particular.

Calculation, switching, converter, design.

___________________________________________________________________________________________________

Citación: AUSTRIA, León, NORIEGA, Raymundo, CANALES, Benito y RUIZ, Luis. Diseño de un convertidor de

potencia eléctrico para obtener menos pérdidas de energía, Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 51-59

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

* Correspondencia al Autor (Correo Electrónico: leó[email protected])



ISSN-2410-3454


AUSTRIA, León, NORIEGA, Raymundo, CANALES, Benito y

RUIZ, Luis. Diseño de un convertidor de potencia eléctrico para

obtener menos pérdidas de energía, Revista de Aplicaciones de la

Ingeniería 2016

52


Introducción

La investigación sobre vehículos eléctricos

(VE) va creciendo a nivel mundial y se debe en

gran medida a razones de ahorro de

combustibles fósiles y la reducción de la

contaminación ambiental producidas por los

vehículos de combustión interna. Los orígenes

de la tracción eléctrica se remontan a mediados

del siglo XIX donde los desarrollos de los

vehículos de combustión interna iban a la par

de los eléctricos (AUSTRIA, 2008). La

investigación encaminada a VE se desarrollo

lentamente a partir de 1930, ya que no se

encontró solución satisfactoria en ese momento

al problema de almacenamiento de corriente

eléctrica que recae sobre los acumuladores

eléctricos, estos primeros poseían una baja

capacidad de energía y un nivel bajo de

autonomía aceptable (AUSTRIA, 2015). Sin

embargo durante el siglo XX hubo grandes

avances en la electrónica de potencia, hacia

finales de la década de 1940, se transformó la

industria electrónica con la introducción del

transistor, después mejorado en 1948 por la

invención del transistor de silicio y

posteriormente en 1956 el transistor de disparo

PNPN o tiristor (NASHELSKY, 1997). Luego a

comienzos de los años 80 se inventan los

transistores de potencia y los GTO, creándose

así los primeros inversores que eran capaces de

alimentar los grandes motores de inducción

desde una fuente de corriente continua. El

siguiente paso importante fue la invención de

los IGBT y los motores de imanes permanentes

contribuyendo al desarrollo de los sistemas de

tracción de los vehículos eléctricos

(NASHELSKY, 1997). Al final de la década de

los 90 aparecieron vehículos eléctricos

pequeños de una a dos plazas, hechos de fibra

de vidrio, termoplásticos o materiales

compuestos de más o menos 2.5 metros de

longitud y con peso de 290 – 600kg.

Con una demanda de energía entre 9 y

20kwh/100km. Desarrollando una velocidad

máxima entre 50 y 90km/h, y tenían un alcance

entre 30 y 90km dependiendo del patrón de

manejo (AUSTRIA, 2015). Actualmente los

vehículos eléctricos son grandes de dos plazas

con planta de potencia de 185kW, con una

transmisión eléctrica manual de 2 velocidades,

y recorren distancias hasta 400km antes de una

recarga de sus acumuladores como el coche

eléctrico TESLA (AUSTRIA, 2008). Hoy en

día algunos países como Japón tienen severas

restricciones de gasolina y tienen preocupación

por la contaminación ambiental por lo cual

buscan alternativas. La alternativa de la energía

eléctrica como fuente primaria de energía tanto

para los VE como para la industria, se ha hecho

muy interesante. En países desarrollados como

Alemania y EUA se han creado organismos y

centros de investigación sobre VE, baterías y

centros de carga. Además se ha tomado,

principalmente en los países desarrollados, una

actitud de fomento al uso de energías

renovables y no contaminantes (AUSTRIA,

2008).

Los vehículos eléctricos obtienen su

capacidad de movimiento por la energía

eléctrica liberada por las baterías, estas deberán

de tener una mayor energía específica, esta

energía es la cantidad de watts-hora de

electricidad que la batería ofrece por kilogramo

de masa para cierta tasa de descarga específica.

El sistema de generación y acumulación de la

energía eléctrica constituye el sistema básico

para mover un vehículo eléctrico. Los vehículos

eléctricos tienen un problema en este sentido ya

que existen baterías pesadas y de poca energía

específica que hacen baje su autonomía.

ISSN-2410-3454





Ingeniería 2016

53


La autonomía de las baterías de plomo

no es comparable con la de un tanque de

gasolina ya que llenar un tanque de combustible

tarda solo unos pocos minutos, mientras que la

recarga eléctrica tarda horas.

Si a esto le sumamos el ciclo de vida útil

de la batería y su costo, se tiene un serio

problema en el diseño de un VE y su aceptación

en el mercado. Los sistemas de recarga de los

VE pueden ser recargando la batería del mismo

vehículo o con el reemplazo de las baterías

descargadas. Ambos sistemas tienen

desventajas y todavía no está claro cuál es el

más práctico.

Los motores eléctricos presentan

ventajas con respecto al motor de combustión

interna como es: un amplio rango de par-motor

a baja velocidad, ahorro de energía y

transmisiones más ligeras y eficientes.

Abordando sobre el tema del ahorro de energía

se encuentra una ventaja importante de los

motores eléctricos ya que el 46% de la energía

liberada por las baterías sirve para mover el

vehículo, lo que indica una eficiencia entre 10-

30% superior del vehículo convencional con

motor de combustión interna donde se tiene que

el 18% de la energía del combustible es

utilizada para mover el vehículo, el resto sirve

para accionar el motor (AUSTRIA, 2015).

Los vehículos eléctricos tienen ventaja

por su baja emisión de contaminantes con

respecto de los de combustión interna, lo que

significa menos ozono en la atmósfera, claro

que esta ventaja dependerá de cómo se genere

la energía eléctrica y del grado al cual las

emisiones sean controladas en el centro de

carga que es una planta generadora de

electricidad necesaria para recargar los

acumuladores eléctricos (AUSTRIA, 2015).

Después de un pasado como actor

secundario, el VE se alza como gran favorito

para ocupar el trono de vehículo urbano. Las

grandes marcas apuestan por él, ya sea en forma

de vehículo eléctrico puro o hibrido, destinando

grandes cantidades de dinero a su investigación

y presentando prototipos con una prestaciones

que cada vez se acercan más a su claro

competidor.

Parece que la razón que nos impulsó a

abandonar el VE es la misma que ahora nos

lleva aceleradamente a él: el petróleo. A

grandes rasgos, la sociedad empieza a darse

cuenta de la necesidad de no depender de un

recurso finito. Los pronósticos no son

favorables a corto plazo y el mejor de los casos

es peor de lo esperado. Cambio climático,

calentamiento global, contaminación ambiental,

recursos limitados… sin duda todos estos

conceptos están íntimamente ligados a los

vehículos de combustión. Con unas normativas

sobre emisiones cada vez más restrictivas, los

ingenieros se enfrentan a retos tecnológicos a

priori inalcanzables (AUSTRIA, 2015).

Para poder diseñar e implementar el

equipo electrónico eficiente (convertidor de

potencia) que controle los flujos de corriente

eléctrica en el vehículo eléctrico, es importante

definir una topología de potencia adecuada para

la aplicación y deba ser capaz de transferir

energía desde y hacia las baterías en todo

momento, a una potencia máxima cercana a la

del motor, para así poder entregar (o recibir) en

ciertos momentos toda la potencia desde el

sistema. Muchos de estos convertidores de

potencia para VE en aplicaciones industriales,

es preciso el convertir un voltaje fijo de una

fuente de DC a un voltaje variable también en

DC. El convertidor, cambia de forma directa

una magnitud fija a otra DC variable.

ISSN-2410-3454





Ingeniería 2016

54


El equivalente al convertidor en AC es

el transformador. Un convertidor, de la misma

manera que lo hace un transformador, se puede

utilizar tanto como fuente de DC reductora

como elevadora (AUSTRIA, 2015).

Desarrollo

Un convertidor conmutado o convertidor de

potencia modo conmutado es un sistema

electrónico de potencia, que convierte un nivel

de energía eléctrica de entrada en otro nivel a la

salida de la carga, por acción de la conmutación

de los elementos electrónicos. El convertidor

conmutado de CD/CD mostrado en la Fig.1,

utiliza semiconductores como dispositivos de

control de la conmutación para la transferencia

de potencia en forma dinámica, en una fuente

de alimentación de corriente directa como

entrada conectándola y desconectándola a la

carga por algún periodo de tiempo

predeterminado. La aplicación para VE de este

convertidor conmutado es de regulador

elevador de voltaje controlado para

alimentación del inversor del motor. En

comparación de los convertidores lineales de

voltaje, o reguladores lineales de voltaje, las

fuentes de poder conmutadas tienen una alta

eficiencia en energía y una potencia alta.

Figura 1 Diagrama a bloques del convertidor de potencia

de CD/CD.

La selección de la topología del

convertidor. El convertidor conmutado consiste

en un número de elementos eléctricos pasivos y

de interruptores electrónicos para el almacenaje

de energía que estén conectados en una

topología tales que las acciones periódicas de la

conmutación de los interruptores controlan la

transferencia dinámica de la energía de la

entrada a la salida para producir una conversión

deseada del CD en la salida. Los elementos del

almacenaje (inductor y condensador), tienen

que ser conectados generalmente de una manera

tal que formen un filtro pasa bajos para entregar

un voltaje de baja frecuencia a la salida. Las

dos topologías fundamentales de convertidores

son el convertidor del buck (reductor) y el

convertidor del boost (elevador). La mayor

parte de las otras topologías derivadas del buck

o de las del boost son equivalentes en cuestión

topológica al del buck o al convertidor Boost

(AUSTRIA, 2015). Los convertidores

interleaved son el resultado de la conexión en

paralelo de convertidores conmutados. Estos

usualmente tienen algún tipo de filtro en la

salida. Los convertidores interleaved tienen

grandes ventajas sobre los convertidores

simples de potencia; una baja corriente de rizo

en la entrada y baja capacitancia de salida

(capacitor pequeño). Rápida respuesta al

transistor al cambio de carga (carga dinámica).

Y proporciona capacidad grande de potencia y

elevando a 90% la eficiencia de potencia

(AUSTRIA, 2008). Un convertidor interleaved

puede ser realizado por un manejador de fase de

salida de señales de control en cada convertidor

en paralelo, resultando en un incremento

efectivo en esta frecuencia de conmutación

(AUSTRIA, 2015). Esto es usado en

aplicaciones donde las cargas demandan un rizo

pequeño de la corriente de entrada (ver figura

2).

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Ingeniería 2016

55


Figura 2 Diagrama eléctrico del convertidor boost

interleaved de 2 celdas.

El voltaje de entrada Vs es común en

ambas celdas, como el capacitor de salida. Las

señales moduladas por ancho de pulso (PWM)

son pwm1 y pwm2, las cuales son desfasadas

180º una con respecto a otra (2π/n), donde n es

el número de convertidores en paralelo, en este

caso de n= 2.La corriente de entrada tiene un

rizo pequeño y es igual a la suma de las

corrientes de los inductores, IL1 + I L2 y están

desfasadas 180º (AUSTRIA, 2015).

Estas características en combinación con la

corriente de entrada continua lo hace ideal para

aplicaciones en fuentes para PC,

compensadores de factor de potencia y

convertidores para vehículos eléctricos

(AUSTRIA, 2015). La operación de este

convertidor puede ser dividido en cuatro

modos, dependiendo de la acción de

conmutación de los transistores (ver figura 3).

Figura 3 Pulsos modulados en ancho del ciclo útil pwm1

y pwm2 del convertidor.

Metodología

Para calcular la corriente del rizo de entrada

(ver figura 4) se necesita saber calcular el

incremento de 1LI y la corriente mínima del

rizo 1 minLI de cada una de las celdas (ambas son

iguales), a continuación se muestra en la

ecuación 1 el cálculo del incremento del rizo de

corriente en cada celda (AUSTRIA, 2015).

1 2

1 2

s sL L L

sw sw

V D V DI I I

f L f L

(1)

Donde:

LI ; Incremento del rizo de corriente en cada

celda (Amperios).

swf ; Es la frecuencia de conmutación del

convertidor (Hertz).

sV ;

Es el voltaje de alimentación (Voltios).

D; Porcentaje del ciclo de trabajo (Porcentaje

%).

L1 y 2; Valores de las inductancias (Henrys).

Figura 4 Señales del rizo de corriente de entrada y los

rizos de corriente en cada inductor.

La corriente mínima del rizo de entrada

minsI cuando los inductores son iguales (L1 =

L2) es igual a:

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Ingeniería 2016

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min min0.5 2Ls L

t

II I

0.5 1

0.5

t

t

t

D D

D D

(2)

Donde minLI es corriente mínima de

cada celda.

La corriente máxima del rizo de entrada

cuando los inductores son iguales (L1=L2) es

igual a,

max max min0.5Ls L L

t

II D I I

0.5 1

0.5

t

t

t

D D

D D

(3)

Donde maxLI es corriente máxima de

cada celda. Al obtener la diferencia entre

maxsI y minsI se encuentra que sI ,

max mins s sI I I (4)

La selección de la frecuencia de

conmutación. Otro aspecto muy importante es

encontrar la mejor frecuencia de conmutación

para el convertidor propuesto que reúna las

siguientes cualidades:

- Valor del capacitor e inductor pequeño

ya que esto se convierte en menor

tamaño del componente ahorrando

espacio, peso y costo (ver Figura 5).

- Menores pérdidas de potencia que se

convierte en un disipador pequeño

ahorrando peso y tamaño (ver Figura 6).

Figura 5 Frecuencia vs. Inductancia y capacitancia del

convertidor.

Figura 6 Pérdidas de potencia del convertidor contra la

frecuencia de conmutación.

La selección de los transistores y diodos

que componen la etapa de potencia del

convertidor pueden ser calculados a partir del

voltaje de entrada, voltaje de salida, potencia de

salida, amplitud máxima del rizo corriente de

entrada, amplitud máxima del rizo voltaje de

salida y la frecuencia de conmutación. Esta

selección es muy importante para garantizar

que la pérdida de potencia sea la mínima

producto por el calentamiento de los

dispositivos debido a la acción de conmutación

y el manejo de las corrientes de rama.

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Ingeniería 2016

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El ciclo útil de la señal de control puede

ser calculado a partir del voltaje de entrada y

salida.

a s

a

V VD

V

(5)

Donde aV es el voltaje de salda y sV es

el voltaje de entrada. La corriente de entrada

puede ser calculada a partir de la potencia de

entrada.

1

s as

s

P II

V D

(6)

Donde sP es la potencia de entrada. La

resistencia de carga se puede calcular como

sigue: 2

a

a

VR

P (7)

Donde aP es la potencia de salida.

Con los resultados anteriores podemos

seleccionar los interruptores de potencia, ya que

deben cumplir con los requerimientos del

sistema. Es importante realizar una

comparación de pérdidas de potencia entre

diversos componentes electrónicos y así obtener

transistores que tengan las menores pérdidas

totales debido por la acción de la conducción y

la conmutación del sistema de conversión. Con

la ecuación 8 se puede calcular:

transistor C swP P P (8)

Con la ecuación 9 podemos encontrar la

PC:

C Q DP P P (9)

PQ = Pérdidas por conducción.

PD = Pérdidas de conducción del diodo interno

del transistor.

Para encontrar PQ se calcula como el

promedio de la potencia instantánea:

0

1 DT

QP p t dtT

(10)

Donde P (t) es la potencia instantánea P

(t)=i2 (t) RDS (on).

Y para encontrar las pérdidas por

conmutación del transistor Psw se pueden

calcular con la ecuación 11.

sw on off swP E E f (11)

Donde onE

y offE

son las energías

pérdidas en cada tiempo y fsw es la frecuencia

conmutación.

Las pérdidas por conmutación son

causadas por la superposición de las formas de

onda de la corriente y el voltaje en el transistor

durante los instantes de incremento y

decremento de estas dos señales, como lo

muestra la figura 7. Durante los intervalos de

encendido ton y apagado toff la pérdida de

energía está dada por:

2

a aon on

V IE t (12)

2

a aoff off

V IE t (13)

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Figura 7 Tiempo contra voltaje de compuerta del mosfet

del convertidor.

Los tiempos de conmutación los

obtenemos de las hojas técnicas de los

dispositivos proporcionados por el fabricante.

Para encontrar las pedidas totales en el diodo se

necesita calcular la pérdida por recuperación

inversa (Prr) y la pérdida por conducción (PD) y

sumarlas. Con la ecuación 14 se puede calcular

las pérdidas por recuperación inversa

(AUSTRIA, 2015).

rr sw a a cr a rr DS onP f V I t V Q R (14)

Donde,

- fsw es la frecuencia de conmutación.

- RDS (on) es la resistencia entre sus

terminales en estado de conducción del

diodo.

- Va es el voltaje de salida.

- Ia es la corriente de carga.

- tcr es la tiempo de carga.

- Qrr es la máxima carga de

recuperación inversa.

Resultados

Con base a las recomendaciones que se dieron

en el desarrollo; se propuso el diseño de un

convertidor elevador de potencia con celdas en

paralelo (boost interleaved) como una de las

mejores estrategias para ser implementarlo en

un VE. Los cálculos se comprobaron en el

programa PSIM (software de simulación

numérica de circuitos electrónicos de potencia).

En la figura 8, se muestra el ejemplo del

convertidor boost interleaved propuesto.

Figura 8 Simulación en PSIM de un convertidor boost

interleaved propuesto.

En la figura 9, muestra las señales de voltaje

que entrega el programa de simulación donde se

puede observar el valor del voltaje de entrada y

salida con un sobre impulso y un rizo. Esta

respuesta se tomo a una frecuencia de conmutación

de 40kHz y un valor de ciclo útil de trabajo de 0.79

propuestos.

Figura 9 Voltaje de salida y entrada contra tiempo.

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Ingeniería 2016

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Conclusiones

La selección de la mejor una topología del

convertidor, frecuencia de conmutación y

componentes electrónicos reducirán las

pérdidas de potencia del sistema de conversión

y elevarán la eficiencia del mismo, lo cual se

convertirá en mayor autonomía para el vehículo

eléctrico reduciendo el peso y tamaño del

modulo de potencia que alimentará a sistema de

tracción. Por tal motivo, es importante hacer

conciencia de que un diseño eficaz con un

estudio y cálculo preciso de los componentes

para poder transferir la mayoría de potencia de

los acumuladores a los motores del sistema de

tracción del vehículo y optimizar el manejo de

energía.

Referencias

AUSTRIA L, MURO B, (2008). Diseño y

control de un convertidor paralelo de potencia.

IPN México.

AUSTRIA L, NORIEGA R, CANALES B.

(2015). Investigaciones, estrategias y medios en

la práctica educativa, Importancia del diseño

eficaz del convertidor de potencia eléctrico en

el ahorro de energía y autonomía de un

vehículo eléctrico. Cenid. México. ISBN: 978-

607-8435-03-6.

NASHELSKY L. (1997). Electrónica: Teoría

de Circuitos. Prentice Hall.

60

Artículo Revista de Aplicaciones de la Ingenieria Septiembre 2016 Vol.3 No.8 60-64

Diseño e implementación de una tarjeta de control para un actuador lineal de una

impregnadora de papel

GIRÓN-REYES, Jesús†*, SÁNCHEZ-LÓPEZ, Héctor, ROJAS-OLMEDO, Israel y HERNÁNDEZ-

GONZÁLEZ, Daniel.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

El presente trabajo muestra el diseño, la

construcción y puesta en marcha del control para un

actuador lineal de una máquina impregnadora de

papel, la cual tiene la función de alinear papel

impregnado de resina mediante un actuador lineal.

El prototipo consta de una fuente de alimentación,

un sistema de modulación por ancho de pulso,

control de dirección y velocidad para que el sistema

opere en modo manual o automático. Por último, se

mencionan los resultados obtenidos después de

realizar la instalación del prototipo en la empresa

MASISA S.A de C.V.

Impregnadora de papel, actuador lineal, fuente

de alimentación lineal, sensores ultrasónicos y

optoelectrónicos

Abstract

This paper details the design, construction and test

of a linear actuator control to an impregnation of

paper machine, which has the function of aligning

resin impregnated paper by a linear actuator. The

prototype consists of a linear power supply, a

system of pulsewidth-modulated, direction and

speed control for the system to operate in manual or

automatic mode. Finally, the results obtained are

mentioned after performing of prototype installation

in the MASISA S.A. de C.V Company.

Impregnation of paper, linear actuator, linear

power supply, ultrasonic sensors and

optoelectronic

___________________________________________________________________________________________________

Citación: GIRÓN-REYES, Jesús, SÁNCHEZ-LÓPEZ, Héctor, ROJAS-OLMEDO, Israel y HERNÁNDEZ-GONZÁLEZ,

Daniel. Diseño e implementación de una tarjeta de control para un actuador lineal de una impregnadora de papel. Revista de


___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454


GIRÓN-REYES, Jesús, SÁNCHEZ-LÓPEZ, Héctor, ROJAS-

OLMEDO, Israel y HERNÁNDEZ-GONZÁLEZ, Daniel. Diseño e

implementación de una tarjeta de control para un actuador lineal de

una impregnadora de papel. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería

2016

61


Introducción

Durante el proceso de impregnación de resinas

en papel (IPR) en la empresa MASISA S. A. de

C.V. es necesario sustituir el control de

alineación del papel que se lleva a cabo

mediante sensores optoelectrónicos, ya que en

la mayoría sus lentes ópticos son transparentes

provocando que con el paso del tiempo el

sensor no detecte correctamente, debido a la

acumulación de resina en el mismo, que en un

determinado tiempo se seca obstruyendo la

detección, provocando fallas en el control de

alineación; para contrarrestar dicho

inconveniente se agregaron sensores

ultrasónicos para mejorar la detección que

particularmente utilizan las marcas ACCUE

WEB INC y FIFE. Por tal motivo, se propone

implementar un sistema de control electrónico

para un actuador lineal, a través de sensores

ultrasónicos y/o optoelectrónicos que controlan

la alineación del IPR (ver figura 1).

a) b)

c) d)

Figura 1 a) y b) Sensor optoelectrónico, c) Sensor

ultrasónico UCM-R40K1 (TX–RX) y d) Sensor

optoelectrónico ITR8102 (E–R).

Para llevar a cabo el control del

actuador lineal de la impregnadora de papel se

construyó una fuente de voltaje lineal, ésta se

encarga de suministrar el voltaje al actuador

lineal al mismo tiempo que lo protegerá contra

sobre corrientes, se implementó un sistema de

Modulación por Ancho de Pulso (PWM) para el

control velocidad y dirección del actuador.

Adicionalmente, se utilizaron sensores

ultrasónicos y optoelectrónicos para controlar la

alineación de forma manual o automática. El

diagrama a bloques del diseño del circuito

electrónico se muestra en la figura 2.

Figura 2 Diagrama a bloques del circuito electrónico.

Fuente de alimentación

Se construyó una fuente de alimentación lineal

empleando el regulador LM723 (ver figura 3),

que proporciona una salida regulable de 0 a 35

V [1]. El voltaje de salida se ajusta mediante el

TRIMPOT2. La fuente se diseñó con un

parámetro de protección de sobre corriente,

ajustable mediante el TRIMPOT1 en un

intervalo de 0 a 2 A, a partir del valor

establecido se protegerá la fuente

automáticamente limitando la corriente para

evitar daños al actuador lineal, en caso de una

sobre corriente se restablece la fuente al pulsar

el botón (SW1) [2] y [3].

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2016

62


Figura 3 Fuente de voltaje lineal.

Control de velocidad y dirección

La velocidad del motor del actuador lineal, está

controlado por el PWM KA3525A y el control

de dirección del motor del actuador lineal se

realizó con el puente H L298N dado que es

necesario realizar el cambio del sentido de giro

del motor del actuador lineal; ya sea de modo

manual o automático, de acuerdo a las

condiciones que requiera el operador (ver figura

4), la función de los diodos es evitar que se

dañe el control de velocidad y dirección por la

fuerza contraelectromotriz que genera el motor.

Figura 4 Control de velocidad y dirección.

Control manual o automático

Para controlar con seguridad el movimiento del

rodillo aéreo del actuador lineal se

implementaron dos formas: manual y

automático, esto se logró empleando un

contacto normalmente abierto (NA), uno

cerrado (NC) y un SCR, que a su vez mandan la

señal al L298N para controlar la dirección.

El sistema manual o automático es

controlado por un relevador RL2 donde el

contacto NA es el modo automático; que da un

pulso de voltaje a la compuerta del SCR C106D

encargado de realizar el enclavamiento

electrónico, al oprimir el botón NC se activa el

modo manual interrumpiendo la alimentación

del SCR ocasionando que se desenclave; para

modo manual (ver figura 5). La detección del

IPR; en modo automatico, se lográ mediante el

sensor que activa el relevador RL1 donde el NA

es el sentido de entrada y el NC es el sentido de

salida del actuador lineal, en cada uno de sus

contacto está conectado un led bicolor (verde y

rojo) para indicar el sensor.

Figura 5 Control manual y automático.

Sensores ultrasónicos y optoelectrónico

Para el control de alineación deL IPR se

utilizaron dos sensores: ultrasónico transmisor-

receptor UCM-R40K1 (TX–RX) [2], y

optoelectrónico emisor-receptor ITR8102 (E–

R) [4] y [5]. Con el propósito de que el

operador pueda elegir el más apropiado para su

proceso (ver figura 6).

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2016

63


El sensor ultrasónico está diseñado con

3 circuitos integrados, el CI (CD4046B) es un

PLL (lazo de seguimiento de fase) este CI se

empleó para poder retroalimentar la frecuencia

y la fase del sensor donde se definen los

márgenes de frecuencia en los que estará

mandando y recibiendo la señal ultrasónica, con

el CI (HD74LS14P) es un integrado con 6

compuertas lógicas inversoras trigger, el cual es

utilizado para invertir la señal y disminuir

ruido. Mediante el TL082C amplifica la señal

recibida del (RX) y la señal (TX) proveniente

del CD4046B. En el pin 1 del TL082C la señal

de salida es dirigida a un diodo 1N4148 que

realiza un disparo de voltaje en la base del

transistor BC542 para activar el relevador

(RL1).

Figura 6 Sensor ultrasónico y optoelectrónico.

El ajuste del intervalo de detección del

sensor ultrasónico se realizó con el

potenciómetro TRIMPOT5 junto con una

resistencia de compensación R28 de 22 KΩ

(ver figura 6), éstos manda una señal modulada

que está directamente conectada al Oscilador

Controlado por Voltaje (VCO) CD4046B que

es un lazo de seguimiento de fase [6], donde el

ajuste de frecuencia se realiza mediante la

resistencia R28 y el capacitor C13.

Tarjeta de control

En base a las diferentes etapas mostradas en las

figuras 2, 3, 4 y 5 se realizó la tarjeta de control

que se muestra en la figura 7 para el actuador

lineal de la impregnadora de papel.

Figura 7 Tarjeta de control para el actuador lineal de la

impregnadora de papel.

Resultados

La tarjeta de control se sometió a prueba, a un

total de 352 horas para verificar el desempeño

del diseño en la empresa MASISA S.A de C.V

en el área de impregnación (ver figura 8).

Figura 8 Prueba realizada en impregnadora #4.

Se realizaron pruebas en modo manual

con el objetivo de observar el ajuste del papel.

El sistema implementado detectó incluso el

papel transparente ajustando los sensores

ultrasónicos hasta un rango de 5 cm.

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2016

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En un ambiente de trabajo industrial con

exceso de temperatura ocasionado por el mismo

proceso de impregnación no afecto el

funcionamiento de la tarjeta electrónica del

control electrónico. El costo de manufactura es

un 80 % menor al costo de las marcas ACCUE

WEB y FIFE. Finalmente de acuerdo a la

supervisión de las áreas de mantenimiento e

instrumentación, se observó que el prototipo

operacional cumple con las características y

parámetros establecidos en el control

electrónico que requiere el proceso de

alineación de papel en comparación con las

marcas ACCUE WEB y FIFE.

Agradecimiento

H. J. Sánchez y J. Girón, agradecen el apoyo

económico brindado por el Programa de

Mejoramiento del Profesorado (PROMEP)

mediante la incorporación de nuevos PTC, carta

PROMEP/103.5/11/4403, de la misma forma

los autores agradecen a la Universidad

Tecnológica del Valle de Toluca así como a la

empresa MASISA S.A. de C.V. el desarrollo

del presente trabajo.

Conclusiones

La tarjeta de control construida permitio

verificar el correcto funcionamiento del diseño

en un ambiente industrial.

Los sensores ultrasónicos mejoraron el

alcance de detección hasta 5 cm con respecto a

los sensores optoelectronicos.

Los componentes comerciales

seleccionados en el diseño de la tarjeta son de

fácil acceso y permiten un rápido

mantenimiento con un ahorro hasta del 80 %

con respecto a las marcas ACCUE WEB y

FIFE.

Referencias

Brown M. (2001). Power Supply Cookbook.

USA: Newnes.

Brown M., (1990). Practical Switching Power

Supply Desing. Motorola. Series in Solid State

Electronics.

Parra, L. Orozco F. (1995). Fuentes de

alimentación reguladas y conmutadas. México

D.F.: BECANOR.

Malvino A. P. (2000). Principio de electrónica.

Ed. Mc. Graw Hill. 6ta edición. España.

Boresntein, H. R. Feng L. (1996). Where am I?

Sensors and Methods for Mobile Robot

Positioning. USA: J. Boresntein.

Muhammad H. R. (2011). Power Electronics

Handbook. USA: Elsevier.

65


Sistema de Gestión de demanda eléctrica basada en la Web

MORENO-DZUL, Julio†*, ÁLVAREZ-IBARRA, Maricela, SILVA-DZIB, Ismael y ARCEO-DÍAZ,

Rocío.

Universidad Tecnológica de Cancún, Carretera Cancún-Aeropuerto, Km. 11.5, Mz. 5, Lt 1, SM 299, 77565 Cancún, Q.R.,

México


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Se plantea una solución integral, innovadora y

tecnológica, acerca de la predicción y gestión inteligente

de la energía eléctrica, como la implementación de Redes

Neuronales Artificiales (RNA) para el aprendizaje de

patrones de comportamiento de la energía no lineal, la

implementación de software de control inteligente que

pueda ser la base de gestión de la energía a través de una

interfaz de comunicación con las RNA. Igualmente, este

proyecto busca a través de la implementación de técnicas

computacionales vanguardistas construir un ecosistema

multi-agente dotado de inteligencia artificial y

conocimientos de la tarifa horaria para servicio general

en media tensión, con demanda de 100 kW o más (tarifa

HM) y módulos de gestión de cargas eléctricas críticas,

pero que además a través del tiempo pueda ir

aprendiendo nuevos conocimientos del ecosistema

eléctrico y lo pueda aplicar en una gestión mejorada de la

demanda. En esta fase de pruebas se trabajó en el diseño

y construcción de dispositivos de hardware de medición,

control e instrumentación electrónica de bajo costo,

comandados por un sistema computacional distribuido

con arquitectura Web 2.0 de control y monitoreo. La

aplicación Web propuesta puede analizar el valor de

diferentes variables eléctricas y medioambientales, puede

calendarizar arranques y paros de equipos por medio de

la comunicación del sistema con un controlador

electrónico.

Demanda eléctrica, Redes neuronales artificiales

Abstract

The purpose of this investigation is to propose a

comprehensive, innovative and technological solution

about the intelligent prediction and management of

electrical energy, such as the implementation of Artificial

Neural Networks (ANN) used for detecting and learning

patterns of behavior of nonlinear energy, including the

deployment of intelligent software used to control energy

management via a communication interface with the

RNA. Furthermore, through the implementation of

innovative computational techniques, this project aspires

to develop a multi-agent endowed with artificial

intelligence and knowledge of the rate for service general

medium voltage with demand or 10 kW or more and

modules of managents of critical electrical loads.

Additionally, over time to learn new skills related to the

electrical ecosystem that can be applied in an improved

demand management. In this initial test phase, we have

been working on the design and construction of hardware

measurement devices, as well as low-cost controls and

electronic instrumentation regulated by a computer

system equipped with Web 2.0 architecture. The Web

application proposal can analyze the value of different

electrical and environmental variables, as well as

schedule equipment starts and stops through

communication with an electronic controller device.

Electricity demand, artificial neural networks

___________________________________________________________________________________________________

Citación: MORENO-DZUL, Julio, ÁLVAREZ-IBARRA, Maricela, SILVA-DZIB, Ismael y ARCEO-DÍAZ, Rocío.

Sistema de Gestión de demanda eléctrica basada en la Web. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 65-76

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ISSN-2410-3454


MORENO-DZUL, Julio, ÁLVAREZ-IBARRA, Maricela, SILVA-

DZIB, Ismael y ARCEO-DÍAZ, Rocío. Sistema de Gestión de

demanda eléctrica basada en la Web. Revista de Aplicaciones de la

Ingeniería 2016

66


Introducción

La Secretaría de energía en México plantea la

importancia de la gestión de la demanda

eléctrica con base en los múltiples beneficios

que traen tanto a los clientes como a los

proveedores de servicios, tales beneficios

como:

- Conocimiento de la estructura tarifaria del

personal operativo.

- Involucramiento del personal para conocer

todas las etapas del proceso.

- Crecimiento de la cultura del ahorro en la

organización.

- Disminución del cargo de la demanda

facturable en kW.

- Disminución del cargo por consumo kWh.

- Empresas más competitivas.

- Aumento de la vida útil de los equipos.

Por otro lado una gestión eficiente de la

demanda no solo trae beneficios para los

usuarios de la energía sino también a las

empresas suministradoras (Lascurain, 2012),

estos beneficios pueden ser:

- Reducir el requerimiento de demanda de

energía eléctrica en el horario punta,

generando la disminución de operación de

equipos de generación de energía eléctrica

basadas en combustibles no renovables en

el Sistema Eléctrico Nacional.

- Disminución de pérdidas en los conductores

en las rede de transmisión, y distribución.

- Aumento de la vida útil de los equipos.

- Diferir las inversiones en infraestructura.

A pesar de que existen diversos

mecanismos y que los métodos y la tecnología

para el control de la demanda eléctrica está en

constante avance, aún sigue teniendo un costo

elevado, además de que las soluciones

generales o internacionales pueden presentar

problemas como el desconocimiento de la tarifa

HM o la diferenciación entre los conceptos y

tiempos que se utilizan para el cobro de energía.

El proyecto planteado busca

implementar técnicas computacionales

vanguardistas para construir un ecosistema

multi-agente dotado de inteligencia artificial y

conocimientos de la tarifa HM.

Como se mencionó con anterioridad los

sistemas de gestión de energía de última

generación tienen un costo elevado de

adquisición para la gran mayoría de las PyMES

en México e incluso para algunas grandes

empresas, y aunque la inversión realizada para

adquirir estos equipos o sistemas está

completamente justificada por el ahorro

económico y el cuidado ambiental, existe una

enorme cantidad de empresas que no

consideran su adquisición debido al cuestiones

financieras.

Para demostrar la disminución en costos

que se piensa alcanzar se realizará la

comparación de un dispositivo fundamental

dentro un sistema de gestión de demanda, como

es una tarjeta de adquisición de datos.

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Ingeniería 2016

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Por ejemplo el MDS NETio de la marca

General Electric empresa líder mundial en el

ramo energético es un dispositivo cuyo

fabricante describe como una solución

inalámbrica que provee comunicación a

distancia, permitiendo a los usuarios adquirir

datos de diferentes sensores como por ejemplo

de presión y flujo, pero que además puede

fungir como elemento de control; todo esto

gracias a sus puertos de entrada y salida tanto

analógicos como digitales. (GE General

Electric, 2016). Este dispositivo cuenta con

ocho puertos, dos entradas y dos salidas

digitales así como dos entradas y dos salidas

analógicas. El costo de este producto

directamente adquirido con los fabricantes es de

1,323.00 dolares americanos (USD) como se

puede observar en el sitio Web oficial del

fabricante. Una solución similar pero basada en

el SBC Beaglebone Black con la capacidad de

manejar hasta 65 pines de entrada/salida

digitales y 7 pines de entrada analógicos, con la

solución inalámbrica es posible fabricarla con

140 USD, con la flexibilidad de poder ejecutar

software creado en cualquier lenguaje de

programación soportado por el Sistema

Operativo GNU/Linux. (BeagleBone.org,

2016). Al comparar los números de soluciones

similares, se puede hablar de una relación de

costos de uno a diez. Es importante mencionar

que este proyecto no busca en una primera

etapa competir de manera directa con

tecnologías consolidadas en el mercado como

lo son los productos de marcas como GE o

Siemens, el objetivo es proveer a la industria

mexicana una alternativa de gestión inteligente

de demanda más económica que la existente en

el mercado, basada en componentes libres y que

brinden a los desarrolladores tener disponible

una plataforma base para la implementación de

nuevos elementos computacionales que

permitan una gestión más inteligente que

conlleve a mejores resultados.

La nueva Ley de la Industria Eléctrica

en México permite la inclusión de entes

particulares para la generación y distribución de

energía eléctrica, lo que propiciará la aparición

de entornos desagregados de manera parcial o

total por lo cual la predicción de la demanda

eléctrica se volverá fundamental, no solo para

las empresas, sino para los consumidores

finales, es por ello que el desarrollo de modelos

computacionales de inteligencia artificial que

permitan realizar una predicción de demanda a

corto plazo le dan un valor agregado importante

y fundamental al sistema de gestión propuesto

en este proyecto.

Marco teórico

Control de demanda de energía eléctrica.

La energía eléctrica es un bien

indispensable y de interés estratégico en la

economía de México, es por ello que es

importante, no solo tener la capacidad de

producir la energía necesaria sino que es

importante producir lo justo para evitar

desperdicios que solo impactarían

negativamente en el costo de la energía;

entonces la predicción de la demanda eléctrica

se vuelve fundamental para las empresas

generadoras y distribuidoras, pero también para

los consumidores quienes pueden ver afectados

sus costos de producción de manera

significativa si no tienen un cuidado adecuado

de la demanda facturable, según los parámetros

acordados en su contrato de servicio eléctrico.

(Barrero, 2004)

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La demanda eléctrica con frecuencia

presenta comportamientos no lineales, por lo

cual suena lógico encontrar soluciones más

óptimas para el problema de predicción de la

demanda eléctrica a través de modelos no

lineales de entre los cuales sobresalen las

técnicas basadas en Redes Neuronales

Artificiales, las cuales debido a su capacidad de

generalización y sobre todo, la facilidad de

descubrir relaciones no lineales en entornos

complejos parecieran ideales para abordar el

problema de predicción de demanda. (Amjady,

2007)

En los modelos desarrollados de RNA e

híbridos utilizados en gestión de demanda

eléctrica se tienen los siguientes: (Villagarcía,

2008), (Alejandro, 2002)

- Modelos supervisados feedforward:

Backpropagation, Perceptrón Multicapa,

Red Neuronal Probabilística, Máquinas de

Soporte Vectorial, Maquinas de Soporte

Vectorial de Mínimos Cuadrados.

- Modelos supervisados feedback: Modelo

Elman.

- Modelos no supervisados: Mapas Auto

Organizados.

- Modelos Híbridos: Mapas Auto

Organizados con fuzzy-rough, Modelo de

Combinación Fuzzy Adaptativo, Función de

Base Radial.

La principal diferencia de las técnicas

no lineales frente a las lineales radica en que

aquéllas no emplean tiempo en disponer de un

modelo matemático claro de las dependencias

de los parámetros para explicar el problema de

la predicción de la demanda, en cambio, los

modelos lineales requieren de la definición

precisa de las ecuaciones que lo definen.

Lo que la totalidad de los modelos RNA

requerirán es la adecuada parametrización de

las variables de entrada al modelo, así como la

definición topológica de la red (número de

capas, neuronas en las mismas, funciones de

entrenamiento, etc.); no obstante, esto es un

trabajo sencillo y asumible (un script) si se

compara con la parametrización de las

funciones de los modelos lineales. No obstante,

si el sistema de predicción va acumulando

etapas en la predicción, con sucesivos modelos,

estos modelos adicionales, supondrán un coste

computacional adicional al modelo global, tanto

para la fase de aprendizaje global, como para la

fase de operación (predicción). (J. Wang, 2012)

Microcontroladores

Los microcontroladores están presentes en

muchos de los productos electrónicos que se

emplean en la vida cotidiana. Existe una gran

variedad de modelos existentes en el mercado y

una gran cantidad de aplicaciones posibles de

funcionamiento y en las arquitecturas de

muchos microcontroladores.

El microcontrolador Beaglebone es una

placa de computadora de hardware libre para el

desarrollo de software de OpenSource. Esta

placa funciona con OMAP3530 System-on-a-

chip. Fue desarrollada por un pequeño grupo de

ingenieros como una placa que podría ser usada

alrededor del mundo para enseñar las

capacidades del software y hardware libre. La

placa mide aproximadamente 75mm por 75 mm

y cuenta con todas las funcionalidades de una

computadora básica (S. F. Barrett, 2013), es

uno de los microcontroladores más potentes y

eficaces que existen en el mercado, gracias a su

capacidad de manejar sistemas operativos

embebidos.

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El Beaglebone Black es un modelo del

microcontrolador Beaglebone, esta placa al

igual que los demás modelos cuenta con el

OMAP3530 que incluye un CPU ARM Cortex-

A8, en el cual pueden ser instalados los

sistemas operativos Linux (cualquier

distribución), Minix, FreeBSD, OpenBSD,

RISC OS / Symbian, un DSP TMS320C64x+

para la decodificación acelerada de audio y

video y una GPU PowerVR SGX530 para el

renderizado en 2D y 3D. La salida de video está

provista de dos conexiones separadas S-Video y

HDMI. Igualmente cuenta con una entrada para

tarjetas SD/MMC con soporte SDIO, un puerto

USB On-The-Go, un conector serial RS-232,

una conexión JTAG y dos jacks de 3.5 mm para

entrada y salida de audio. El almacenamiento y

la memoria interna son provistos por un chip

PoP que incluye 256mb de memoria flash

NAND y 256mb de RAM. Usa arriba de 2W de

alimentación y puede ser alimentada por el

conector USB o por una fuente externa de 5V.

(McLaughlim, 2016)

Inteligencia Artificial

Una de las ramas más destacadas del campo

científico de la Inteligencia Artificial es la que

corresponde a las Redes Neuronales Artificiales

(RNAs). Las RNAs tratan de emular el

comportamiento del cerebro humano,

caracterizado por el aprendizaje a través de la

experiencia y la extracción de conocimiento

genérico a partir de un conjunto de datos. Esto

puede ser mediante la construcción física de

sistemas cuya arquitectura se aproxima a la

estructura de la red neuronal biológica. (R.

Flórez, 2008)

Metodología

El proyecto se centra en el desarrollo de la

aplicación Web 2.0 para el control y medición

de la energía eléctrica y la interfaz de

comunicación entre las cargas eléctricas y el

sistema, que comprende el microcontrolador y

las conexiones TCP.

La aplicación será capaz de realizar

lecturas y mediciones apoyada por el

microcontrolador Beaglebone black y

presentarlas mediante gráficas. Igualmente este

software debe de ser capaz de aprender las

tendencias del lugar donde se implemente para

que en un futuro pueda decidir de manera

autónoma. La aplicación tiene que almacenar

todos los datos recibidos en la base de datos,

para que el usuario pueda acceder a ellos

cuando lo desee. De la misma manera la

aplicación debe de tener la capacidad de

gestionar las cargas eléctricas mediante un

control de lazo cerrado y salida de potencia tipo

on/off en tiempo real, visualizar parámetros

eléctricos, ambientales y de proceso, generación

de alertas y capacidad de administrar los

propios usuarios.

Esta aplicación debe ser agradable, fácil

de usar y eficaz.

Se utilizó para el desarrollo del Sistema

en Tiempo Real el método llamado Hard Real-

Time Hierarchical Object Oriented Design, el

cual está enfocado a la construcción de los

sistemas críticos, ya que de no producir una

respuesta dentro de un intervalo de tiempo

prefijado pueden ocasionarse graves daños en

los procesos. (Wolfgang Nebel, 2003)

En HTR-HOOD se utilizó un proceso de

desarrollo iterativo.

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El diseño se realizó progresivamente a

través de la especificación de más

responsabilidades, mismas que definen las

propiedades del sistema con las que opera el

diseñador y que este no tiene la libertad de

cambiar.

En el proceso de refinamiento del

diseño, se transformaron las obligaciones

(aspectos del diseño que no están sujetas a

responsabilidades) y responsabilidades, a

menudo se encuentra sujeto a restricciones

impuestas por el entorno de ejecución, es decir

el conjunto de componentes de hardware y

software sobre el que se construye el sistema.

Se imponen restricciones de recursos como la

velocidad del procesador, el ancho de banda de

las comunicaciones y restricciones de los

mecanismos como la prioridad de las

interrupciones, la planificación de tareas y el

bloqueo de los datos, con esto se debe

proporcionar reconocimiento explícito de los

tipos de actividades/objetos que se pueden

encontrar y catalogar como críticos en la

construcción del Sistema Inteligente de

Gestión, como son:

1. Integración de los parámetros

apropiados de planificación de los procesos.

2. Definición explícita de los

requisitos temporales de cada objeto y

aplicación.

3. Definición de la importancia

relativa de cada objeto para el funcionamiento

correcto de la aplicación.

4. Facilidades para realizar el

análisis de la planificación del sistema.

El proceso de desarrollo iterativo constó

de las siguientes etapas: definición de

requisitos, diseño de la arquitectura física,

diseño detallado, codificación y cálculo de

tiempos de ejecución, pruebas y medida de

tiempos.

El diseño de la arquitectura lógica será

la fase destinada fundamentalmente a la

satisfacción de los requisitos funcionales. El

resultado de esta etapa será un conjunto de

objetos terminales.

En cuanto a la arquitectura física, se

tiene como objetivo:

1. Relacionar la arquitectura lógica

con los recursos de ejecución.

2. Asignar atributos temporales a

los objetos y asegurar el cumplimiento de los

requisitos no funcionales.

3. Análisis de plazos de respuesta.

4. Fiabilidad y seguridad.

En el diseño de la arquitectura física se

consideran principalmente cuatro actividades:

1. Asociación de los objetos

resultantes de la arquitectura lógica a los

recursos de hardware (procesadores)

disponibles.

2. Diseño de la red, debido a que se

está considerando un sistema distribuido, hay

que planificar la comunicación entre los

diferentes nodos (ordenadores de placa única,

microcontroladores, equipo de red), de forma

que el tiempo de retardo en las comunicaciones

esté acotado y sea aceptable para asegurar de no

causar problemas en la operación.

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3. Planificación de los procesadores.

Determinar la planificación, estática o dinámica

que asegure que todas las tareas del sistema

cumplan con los plazos establecidos.

4. Análisis de la fiabilidad: determinar si

es conveniente emplear técnicas de fallos, para

aumentar la fiabilidad del sistema.

El resultado del modelo físico es un

sistema de objetos terminarles con atributos

temporales.

Aunque la arquitectura física es un

refinamiento de la arquitectura lógica, el

desarrollo de ambas será iterativo y

concurrente.

Las pruebas del sistema de medición

tanto unitario como distribuido se realizaron

comparando los resultados medidos y

calculados con un equipo registrador trifásico

de parámetros eléctricos de voltaje, corriente,

demanda, consumo, factor de potencia,

frecuencia.

Las simulaciones de los modelos de red

neuronal se realizaron con Matlab en diferentes

escenarios, desde consumidores de tarifa HM

convencionales en la red, como en entornos

desagregados como pequeñas ciudades, plantas

industriales o grandes hoteles.

En cuanto a la estructura lógica, o la

aplicación se desarrollo bajo la metodología de

desarrollo de software Extreme-Programming,

que permite desarrollar la aplicación al mismo

tiempo del análisis y el diseño. Igualmente

permite detectar errores de cualquier fase del

desarrollo y corregirlos sin la necesidad de

volver a la fase. Gracias a esto se pudo ahorrar

tiempo en el desarrollo y se centro en las

pruebas.

Diseño del sistema

En la Figura 1 se muestra el caso de uso

general, que representa los módulos de la

aplicación y los accesos permitidos de cada

usuario.

Figura 1 Caso de uso general

En la Figura 2 se muestra el diagrama de

secuencia del proceso más importante de

comunicación entre la aplicación Web y el

microcontrolador.

Figura 2 Interfaz de comunicación

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En la Figura 3 se presenta el diagrama

de secuencia del proceso de generación de

alertas en el sistema.

Figura3 Generación de alertas

Codificación de la aplicación

La aplicación Web se desarrolló en su totalidad

con en el entorno integrado de desarrollo (IDE)

Eclipse Luna. Las interfaces gráficas fueron

desarrolladas con el lenguaje de etiquetado

XML y HTML. Se utilizó Javascript para

efectos visuales y CSS3 para el diseño y

personalización. Igualmente se utilizó para la

implementación de componentes enriquecidos

ZK Framework. Los procesos del sistema junto

con la funcionalidad y las conexiones fueron

desarrollados en el lenguaje de programación

Java. Para la base de datos se utilizó el gestor

MySQL y fue construida bajo un esquema de

mapeo ORM (Object-Relational Mapping) con

JPA y Hibernate. Esto permite mapear la base

de datos directamente desde la aplicación,

convirtiendo las entidades en tablas. Para la

seguridad de la aplicación se utilizó Spring

Security y Spring Framework. Igualmente el

proyecto fue gestionado a nivel de paquetería

por Maven.

Toda la aplicación fue desarrollada bajo

el patrón de diseño MVC (Modelo-Vista-

Controlado), esto permite un desarrollo más

organizado y rápido, además de que facilita el

mantenimiento y soporte de la aplicación. (Díaz

González, 2012)

Construcción de la interfaz de comunicación.

La construcción de la interfaz de comunicación

consistió en el desarrollo de una plataforma

cliente-servidor que sea capaz de comunicar en

tiempo real las cargas eléctricas con la

aplicación Web. Esta interfaz se desarrolló con

el microcontrolador Beaglebone Black con el

sistema operativo embebido Debian Jessie.

Igualmente en el microcontrolador se instaló la

clase TCP Server, la cual proveía y fungía

como puente de comunicación entre las cargas

eléctricas y la aplicación.

Pruebas e implementación.

Las pruebas estuvieron compuestas en dos

partes. La primera parte fueron las pruebas de

caja blanca, que se realizaron a la par de la

codificación de la aplicación. Estas consistieron

en ir detectando errores a la hora de compilar o

ejecutar la aplicación e ir corrigiéndolos.

La segunda parte consistió en las

pruebas de caja negra, en las cuales se hicieron

pruebas de estrés a la aplicación para saber el

número de conexiones entrantes y salientes que

permite. Igualmente se hicieron pruebas de

funcionamiento y conectividad para detectar

posibles bugs, ya sean de seguridad o de

codificación, que puedan poner en peligro la

integridad de la aplicación y la interfaz de

comunicación. Estas pruebas se hicieron con la

ayuda y soporte de herramientas como, Junit y

Selenium, las cuales nos facilitaron la detección

de posibles fallos gracias a su gran eficacia.

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La aplicación fue implementada en un

servidor Tomcat 8. El proyecto fue exportado

en un archivo war, y desde ahí se genera la

ejecución de la aplicación para poder ser

accedida.

Resultados obtenidos

1. Se obtuvo un análisis completo de los

requerimientos, variables de entrada y salida y

procesos de la aplicación con base al desarrollo

de software.

2. Se obtuvo una aplicación Web 2.0 para el

monitoreo y gestión de los parámetros

eléctricos y medioambientales con

compatibilidad de plataformas.

En la Figura 4 se muestra la pantalla de acceso

a la aplicación.

Figura 4 Acceso a la aplicación

En la Figura 5 se muestra la pantalla

principal de la aplicación en la cual se pueden

apreciar las mediciones en tiempo real del

motor seleccionado, igualmente de lado

derecho se puede apreciar el módulo de

arranque y paro y el variador de potencia. De

lado izquierdo, en la barra lateral, se puede

apreciar el botón de paro de emergencia.

Figura 5 Dashboard

En la Figura 6 se muestran las

mediciones graficadas de corriente y voltajes

del motor seleccionado.

Figura 6 Medición de corriente y voltaje

En la Figura 7 se muestra las

mediciones graficadas de los motores

monofásicos.

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Figura 7 Medición monofásica de motores

En la Figura 8 se muestra las

mediciones graficadas de los motores trifásicos.

Figura 8 Medicion trifásica de motores

3. Se obtuvo una base de datos compatible con

la aplicación Web para que pueda ser usada por

la misma.

4. Se obtuvieron mediciones de parámetros

eléctricos en tiempo real corriente RMS y

Voltaje RMS para sistemas monofásicos y

trifásicos de hasta 600 voltios (CAT IV) de

acuerdo al estándar IEC 61010.

En las Figuras 9 y 10 se muestran los

resultados de las mediciones RMS realizadas.

Figura 9 Medición 1

Figura 10 Medición 2

5. Se obtuvo un cálculo de potencias (activa,

reactiva, aparente) y factor de potencia.

6. Se obtuvo una calendarización de arranques

y paros de actuadores industriales según

programa operativo (diario, mensual, anual)

mediante la aplicación Web.

En la Figura 11 se muestra la

calendarización de arranques y eventos de

motores.

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Figura 11 Calendarización de arranques y eventos

7. Se obtuvo una generación de alertas en

tiempo real según mediciones o

funcionamientos anómalos de los equipos en la

red.

8. Se obtuvo una gestión autónoma de

arranques y paros según las predicciones

realizadas.

9. Se obtuvo la interfaz de comunicación entre

los motores y la aplicación con el Beaglebone

Black.

En la Figura 12 se muestran las pruebas

de la construcción de la interfaz de

comunicación en una protoboard.

Figura 12 Prueba en protoboard

En la Figura 13 se muestran las pruebas

de la interfaz de comunicación con el

Beaglebone Black.

Figura 13 Pruebas con Beaglebone Black

Conclusiones

Con el desarrollo de la aplicación Web se puede

gestionar y monitorear de manera inteligente el

uso de energía, también por medio del

aprendizaje de patrones se puede calcular la

demanda de energía eléctrica.

Se logró la construcción de la interfaz

de comunicación con un Beaglebone Black

fungiendo como servidor en un modelo TCP

cliente/servidor. También se logró el análisis,

diseño y desarrollo de la aplicación Web, con

los requerimientos estipulados. Igualmente se

lograron pruebas satisfactorias reales con

motores trifásicos y monofásicos.

El prototipo está en fase de pruebas y

adecuaciones para su implementación, sin

embargo falta más trabajo de investigación y

análisis de los patrones del comportamiento no

lineales de la energía eléctrica, diseño y

adecuación del modelo de predicciones, así

como pruebas con Beaglebone Black.

Posteriormente se debe realizar la

adecuación con cargas eléctricas variadas para

que se pueda liberar el prototipo, además de

incluir nuevas funciones en la aplicación Web

para que sea comercializable.

ISSN-2410-3454





Ingeniería 2016

76


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77


Gestión de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en el área de laboratorios de

una Institución de Educación Superior

FORNÉS-RIVERA, René†*, OCHOA-ESPINOZA, Luis, CANO-CARRASCO, Adolfo y

GONZÁLEZ-VALENZUELA, Elizabeth.

Instituto Tecnológico de Sonora, 5 De Febrero 818 Sur, Centro, 85000 Cd Obregón, Son., México.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

El mantenimiento que espera a que se produzca la falla para

intervenir se traduce en pérdidas de producción, costos

elevados y disminución en ciclo de vida del activo. En la

Jefatura del Departamento de Laboratorios y Recursos

Audiovisuales de la institución de educación superior, se

requiere que se identifiquen los equipos con oportunidad de

mejora en aspectos de confiabilidad, mantenibilidad y

disponibilidad. El objetivo fue: propuesta de implantación

de mantenimiento a través de la metodología de

Mantenimiento Centrado en Confiabilidad para gestionar la

disponibilidad de los equipos; la cual consta de siete pasos:

1) definir el sistema y determinar la criticidad de equipos, 2)

identificar y definir sus funciones; 3) determinar fallas; 4)

establecer los modos de falla; 5) determinar los efectos de

fallas; 6) valorar consecuencias; 7), y elaborar un plan de

mantenimiento de equipos. Como resultados se obtuvieron

siete equipos críticos al análisis de fallas; fichas técnicas;

recomendaciones de uso; formatos de solicitud y Ordenes de

Trabajo; cronograma de actividades, estrategias de

mantenimiento e indicadores para el área. Se concluye que

se cumplió el objetivo al realizar una propuesta de

implantación de mantenimiento generando medidas que den

soporte aumentando la disponibilidad cumpliendo

previamente con la confiabilidad y mantenibilidad.

Mantenimiento, gestión de activos, confiabilidad,

disponibilidad, mantenibilidad

Abstract

Maintaining that waits for failure to intervene to occur

resulting in production losses, high costs and decreased life

cycle of the asset. In the Head of Department of

Laboratories and Audiovisual Resources institution of

higher education, it requires teams with opportunity for

improvement in terms of reliability, maintainability and

availability are identified. The objective was: proposal for

implementation of maintenance through the methodology of

Reliability Centered Maintenance to manage equipment

availability; which consists of seven steps: 1) define the

system and determine the criticality of equipment, 2)

identify and define their functions; 3) determine failures; 4)

establish failure modes; 5) determine the effects of failures;

6) assess consequences; 7) and develop a plan for equipment

maintenance. As a result seven critical to equipment failure

analysis were obtained; technical specifications;

recommendations for use; Application forms and work

orders; schedule of activities, maintenance strategies and

indicators for the area. It is concluded that the objective to

make a proposal for implementation of maintenance

measures that support generating increasing the availability

previously compliance with reliability and maintainability

fulfilled.

Maintenance, asset management, reliability, availability,

maintainability

___________________________________________________________________________________________________

Citación: FORNÉS-RIVERA, René, OCHOA-ESPINOZA, Luis, CANO-CARRASCO, Adolfo y GONZÁLEZ-

VALENZUELA, Elizabeth. Gestión de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en el área de laboratorios de una

Institución de Educación Superior. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 77-86

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454


FORNÉS-RIVERA, René, OCHOA-ESPINOZA, Luis, CANO-

CARRASCO, Adolfo y GONZÁLEZ-VALENZUELA, Elizabeth.

Gestión de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en el área de

laboratorios de una Institución de Educación Superior. Revista de


78


Introducción

De acuerdo a Sánchez (2010) el desarrollo

tecnológico y científico, incluyendo la

transportación y las comunicaciones, han

determinado cambios que ponen énfasis en la

competitividad y sostenibilidad, provocando

que la actividad empresarial y su forma de

administración se encuentren en evolución

constante. Por lo tanto, las organizaciones

según Pérez (2011) buscan esfuerzos, acciones

y decisiones orientadas a garantizar sistemas y

activos operando de manera eficiente y eficaz;

clientes y usuarios satisfechos; riesgos

reducidos; mínimos incidentes ambientales y

costos óptimos.

Para Arata y Furlanetto (2005), este

panorama ha originado que la gestión de activos

físicos y el mantenimiento asuman un rol cada

vez más importante dentro de las actividades

industriales, ya que la diversidad y complejidad

de los sistemas productivos requieren asegurar

la confiabilidad de sus instalaciones y equipos

para cumplir con los planes de producción sin

descuidar la calidad y el medio ambiente. Por

este motivo los activos físicos como son

inmuebles, sistemas tecnológicos básicos y

sistemas especializados de producción y

servicio, juegan un papel fundamental

(Sánchez, 2010).

En concordancia a las ideas anteriores

Aberdeen Group (2006), hace referencia a que

la volatilidad de la economía mundial y las

políticas de austeridad tomadas por los diversos

gobiernos son las mayores amenazas para el

crecimiento. En un estudio realizdo por esta

firma de servicios, el 66% de los Oficiales

Ejecutivos en Jefe (CEO´s) de diversas

industrias vislumbran que es necesario realizar

cambios a través de estrategias firmes.

Con estas condiciones en el horizonte

cercano, la gestión de activos y el

mantenimiento se presentan como aliados

importantes, ya que existen factores que deben

ser atendidos en el corto término y en los años

por venir para asegurar un óptimo desempeño

en el sector manufacturero (ver Gráfico 1).

Gráfico 1 Factores dirigidos a la gestión de activos.

En complemento al estudio, se solicitó

el hacer mención o identificar las estrategias de

acción que conlleven a alcanzar sus metas en

cuanto a la administración eficiente de sus

activos. En el Gráfico 2, se pueden apreciar las

respuestas con su respectivo porcentaje al cual

fueron referidas por los CEO´s.

Gráfico 2 Mejores estrategias gestión de activos.

Se dice que el RCM ha sido concebido

como un proceso que brinda bondades para la

determinación de requisitos de mantenimiento

de todas las máquinas en su contexto operativo,

que permite determinar cada una de las

actividades con el propósito de asegurar que el

equipo cumpla su función.

ISSN-2410-3454







79


Por tal motivo, es planificado como una

herramienta que permite determinar el

rendimiento del sistema en términos del

impacto de una falla y la mitigación de los

resultados mediante el diseño, la detección o el

efectivo mantenimiento (Barros, Valencia y

Vargas, 2014). En los últimos años el

mantenimiento ha recibido brillantes aportes

provenientes del campo de la estadística y de la

teoría de la confiabilidad.

Según Hung (2009) el RCM es visto

como un proceso que se usa para determinar los

requerimientos del mantenimiento de los

activos físicos en su contexto operacional que

se caracteriza por: a) considerar la fiabilidad

inherente o propia del equipo/instalación; b)

asegurar la continuidad del desempeño de su

función y c) mantener la calidad y capacidad

productiva. Este enfoque representa un cambio

radical en el desarrollo histórico del

mantenimiento; porque antes de este, el

preventivo y planificado se centraba en los

activos y el RCM se centra en las ubicaciones y

procesos productivos (Gardella, 2010).

Según Quintero (2011), aumentar la

productividad de los activos en un 10 o un 15

por ciento a menudo puede traducirse en

beneficios y en valor para los accionistas de 30

a 40 por ciento. En el mismo orden de ideas,

Amendola (2012), menciona que la aplicación

de la Gestión de Activos supone al menos un

10% de ahorro en costos de producción y

mantenimiento, hasta un 50% de mejora en

desviaciones de los planes de mantenimiento de

activo o un 15% de reducción de errores en el

producto terminado (Trujillo, 2013).

En tal escenario, las Instituciones de

Educación Superior (IES) están llamadas a

cumplir un papel de extrema importancia para

favorecer el desarrollo del país y coadyuvar al

bienestar de las personas, a través de IES

públicas y privadas (CACEI, 2014).

Entre las instituciones acreditadas por

organismos como el Consejo de Acreditación

de la Enseñanza de la Ingeniería (CACEI) y

reportadas en la Asociación Nacional de

Universidades e Instituciones de Educación

Superior (ANUIES), se encuentra el Instituto

Tecnológico de Sonora (ITSON).

Como parte del proceso de soporte, y

relacionado con la Gestión de Infraestructura y

Servicios de Apoyo (GISA), se encuentra la

Jefatura del Departamento de Laboratorios y

Recursos Audiovisuales (JDLRA). Dentro de

sus funciones esta el apoyo a la docencia con

laboratorios equipados con instrumentos,

materiales, reactivos y con aulas equipadas con

equipo audiovisual, así como apoyo a la

investigación con instalación y mantenimiento

de equipo especializado. La infraestructura con

la que cuenta el departamento es la siguiente:

Laboratorio de Veterinaria; de Química; de

Ciencias Biológicas y Alimentarias; de

Ingeniería Civil; de Ingeniería Química; de

Ingeniería Eléctrica y Electrónica; de Ingeniería

Industrial; de alimentos y bebidas; y Diseño

Gráfico.

La JDLRA, se compone de supervisores

para áreas específicas como ciencias Químicas

y Biológicas, Mantenimiento, Ingeniería y

Seguridad e Higiene, mismos que cuentan con

gente a su cargo. Al hablar específicamente del

área de mantenimiento se contempla equipos

con características neumáticas, hidráulicas,

mecánicas, electrónicas y ópticas; apoyadas en

el conocimiento y experiencia de los siete

integrantes que la conforman.

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80


Según ITSON (2014) como parte de sus

actividades cotidianas, la JDLRA atendió a

7,215 prácticas programadas por las diversas

academias; de estas 2,748 (38.08%) fueron para

las ingenierías y 4,467 (61.91%) para las áreas

de ciencias químicas, biológicas y veterinarias.

Para asegurar el funcionamiento de los equipos

de laboratorio de las diferentes áreas, se

atendieron por el personal del área de

mantenimiento un total de 1,113 solicitudes de

trabajo, de las cuales 532 fueron correctivas y

581 preventivas. Ya para el año de 2015, en el

área de Recursos Naturales se tuvieron 6075

prácticas distribuidas en 405 grupos. Es

importante resaltar que las OT’s que se

cumplieron para dar soporte tanto al área

docente como a la investigación en el año por

parte del área de mantenimiento fueron 540

correctivas y 355 preventivas. De este total de

OT´s, fueron 244 correctivas (45.18%) y 340

preventivas (95.7%) para el área de Recursos

Naturales.

A través de entrevistas no estructuradas

con el personal responsable y el Jefe de

Departamento de Laboratorios se presentan

brechas u oportunidades: a) comentarios por

parte de usuarios sobre insuficiencia, estado y

modernidad de equipos; b) ausencia de

indicadores de desempeño de los equipos en el

área de mantenimiento y áreas de laboratorio

correspondiente; c) inexistencia de

clasificaciones en base a la criticidad, urgencia

y optimización de recursos y equipos; y d) falta

de documentación y seguimiento sobre las

causas que originan el mal funcionamiento del

equipo reportado.

De acuerdo a la JDLRA (2016) y como

parte del análisis de información contenido en

el sistema JD Edwards sobre las fallas de los

equipos bajo estudio, se determinó como datos

relevantes que durante el periodo 2015 y hasta

Marzo de 2016; se ejecutaron para las áreas de

ingeniería 385 OT´s, mientras que en recursos

naturales fueron un total de 1297 OT´s. Un dato

interesante es que se aprecia un incremento o

diferencia del 337% de las OT´s de esta última

respecto a las áreas de ingeniería, por lo que se

puede decir que durante ese lapso de tiempo se

dispuso aproximadamente un 65% de total de

trabajo por parte de mantenimiento en atender

situaciones relacionadas a recursos naturales,

un 20% a ingenierías y el restante 15% a otras

necesidades o equipo audiovisual.

Por parte de la JDLRA se esperaría

mejorar el empleo de los recursos asignados al

área de mantenimiento, analizar la causa raíz de

las fallas, generar medidas para facilitar el

cuidado de los activos, preservar la

confiabilidad del equipo el mayor tiempo

posible, aprovechar la información contenida en

la base de datos del sistema JD Edwards e

incrementar el rendimiento del área y el tiempo

del ciclo de vida del activo.

Por lo consiguiente surge la necesidad

de que se identifiquen los puntos críticos del

Área de Mantenimiento y se mejore en aspectos

de confiabilidad, mantenibilidad y

disponibilidad cuando menos de los equipos

considerados como críticos por su riesgo de

falla. Partiendo de lo anterior, se da paso a

generar la siguiente pregunta de investigación:

¿Qué tipo de herramienta metodológica es

pertinente al área de mantenimiento para

mejorar la confiabilidad, disponibilidad y

mantenibilidad de los equipos en los

Laboratorios bajo estudio?

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81


Por lo anterior, se definio el objetivo el

cual consistente en realizar una propuesta de

implantación de mantenimiento a través de la

metodología RCM para gestionar la

disponibilidad de los equipos de laboratorios.

Metodología a desarrollar

El objeto bajo estudio fueron los equipos

disponibles en los Laboratorios de Veterinaria,

Biotecnología e Ingeniería Química, del Itson

Campus Náinari. Se optó por trabajar con el

procedimiento propuesto por Moubray (2004)

que desglosa en siete fases el desarrollo de un

RCM. A continuación se definen los siete pasos

considerados: 1) Definir sistema y criticidad de

los quipos; 2) Definir las funciones de los

equipos; 3) Determinar los modos de falla de

los equipos; 4) Determinar los efectos de falla

en los equipos; 5) Determinar las causas de

falla de los equipos; 6) Valorar consecuencias

de fallas detectadas en los equipos; y 7)

Elaborar un plan de mantenimiento de los

equipos.

Resultados

En esta sección se analizaron los resultados

obtenidos de cada uno de los pasos

considerados como parte de la metodología.

Definición del sistema y criticidad de los

equipos

Se generó un listado completo de los equipos,

(agitador magnético, autoclaves, incubadora,

mufla, termobaño, centrífuga, estufas, parrillas,

baño maría, compresor, muflas, cuartos fríos,

de masa, de volumen, de densidad, de gravedad

específica, de temperatura, de velocidad y

caudal. Entre los equipos de mayor relevancia

están: autoclave, bomba de vacío, caldera,

destilador, espectrofotómetro y medidor de pH.

Para tener una muestra más

representativa fue necesario reducir el número

de equipos, y se determinó se incluyeran

aquellos que debían mantenerse disponibles el

mayor tiempo posible para el servicio al

usuario. A este segundo listado, se le aplicó

otro filtro tomando como referencia un análisis

por ponderación de riesgo, el cual considero

diferentes valores para aspectos de: a)

frecuencia de falla; b) impacto operacional; c)

flexibilidad operacional; d) costo de

mantenimiento; e) impacto en seguridad,

higiene y ambiente. Quedando un listado

efinitivo los cuales fueron: 1) autoclaves; 2)

microscopios, 3) refrigeradores; 4) balanzas; 5)

incubadoras y 6) medidores de Ph

(potenciómetros) y 7) caldera; correspondiendo

a los valores que se encontraron cerca o fueron

mayores a 100 en el análisis por ponderación de

riesgo.

Después se realizó una consulta en el

sistema JD Edwards para conocer la cantidad de

OT´s generadas para los equipos bajo estudio

entre Enero 2014 – Marzo 2016 (ver Tabla 1).

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Equipos bajo

estudio

Cantidad de OT´s ejecutadas por periodo

2014 2015 2016

Microscopios 238 OT´s

preventivas

42 OT´s

correctivas

222 OT´s

preventivas

33 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

30 OT´s

correctivas

Incubadoras 1 OT

preventiva

3 OT´s

correctivas

1 OT

preventiva

2 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

2 OT´s

correctivas

Autoclaves 30 OT´s

preventivas

29 OT´s

correctivas

30 OT´s

preventivas

28 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

16 OT´s

correctivas

Balanzas 1 OT

preventiva

20 OT´s

correctivas

1 OT

preventiva

27 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

9 OT´s

correctivas

Refrigeradores 20 OT´s

preventivas

17 OT´s

correctivas

20 OT´s

preventivas

11 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

2 OT´s

correctivas

Potenciómetro Ninguna

preventiva

3 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

5 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

Ninguna

correctiva

Caldera Ninguna

preventiva

5 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

5 OT´s

correctivas

Ninguna

preventiva

2 OT´s

correctivas

Tabla 1 Cantidad de OT´s equipos bajo estudio. Fuente:

JDLRA (2016).

De igual forma, como parte de un

análisis más minucioso y en base al registro de

OT´s del sistema JD Edwards, se establecieron

las fallas asociadas a los equipos bajo cuestión

(ver Tabla 2), las cuales son ingresadas como

requisito al momento de que se solicita la orden

por parte del Laboratorista (sólo una parte)

Equipo Fallas asociadas al equipo de acuerdo

a OT´s correctivas

Microscopio Faltan piezas; interruptor dañado; no

prende; foco fundido; corto en cable; no

sube o baja correctamente; no enfoca;

macro métrico dañado; perilla suelta;

lámpara parpadea; se apaga la luz; se ve

borroso.

Incubadora Motor no enciende; calienta de más; no

está calibrada; problemas para regular

la temperatura.

Tabla 2 Fallas asociadas. Fuente: JDLRA (2016)

Definición de las funciones de los equipos

Una vez que se establecieron los equipos se

describió cada uno considerando su función

dentro del proceso, descripción de sus

características, entre otros aspectos relevantes.

Determinación de los modos de falla de los

equipos

Una vez realizado lo anterior, para el Análisis

de Modo y Efecto en la Falla (AMEF) se

definió un formato genérico donde se empezó a

incluir, en las columnas correspondientes,

información referente al número, nombre y

componentes de cada equipo. Después se

procedió a definir para los componentes

establecidos los modos de falla potenciales o

funcionales registrados al momento de

satisfacer el propósito de acuerdo a su

diseño/proceso, los requisitos de rendimiento y

las expectativas del usuario durante su puesta

en servicio. Como resultado se obtuvo una lista

de variable de modos, punto de partida para

comprender el comportamiento del equipo e ir

integrando el AMEF (ver Anexo 1).

Determinación de los efectos de las fallas de

los equipos

Al tener considerados los modos de falla

atribuible a cada equipo, se determinó para cada

uno los efectos.

ISSN-2410-3454







83


Estos fueron vistos como los síntomas

detectados por el usuario al encontrarse

expuesto al modo de falla y que repercuten en

el servicio prestado por parte de la JDLRA.

Está etapa se trató de realizar con el mayor

cuidado posible, ya que la información vertida

se utilizó y evaluó posteriormente, aspecto que

representó un impacto directo en los resultados

esperados (ver Anexo 1).

Determinación de las causas de falla de los

equipos

Al establecer los modos de falla y sus

efectos/consecuencias, fue necesario incluir las

causas que provocaron tales situaciones. En una

columna especial y establecida previamente en

el formato AMEF, se incluyeron las razones

potenciales, las medidas o acciones que se

pasaron por alto y que provocaron que en cierto

tiempo se manifestara como debilidad,

traducido como un fallo potencial - funcional

hacia el usuario. En general, las causas se

atribuyeron a factores de diseño y de proceso, el

primero inherente a las especificaciones propias

de cada equipo y el segundo correspondiente al

tipo de uso que se le da por parte del usuario.

A manera de complemento, en otra columna se

adicionaron los controles actuales o acciones

llevadas a cabo por parte del área de

mantenimiento ante la ocurrencia de tales fallas,

como respuesta a una posterior solución (ver

Anexo 1).

Valoración de las consecuencias de fallas

detectadas en los equipos

Al considerar que no todas las fallas

presentadas por los equipos impactan en la

misma medida, se procedió a incluir en la tabla

tres del anexo 1, columnas considerando la

Severidad, Ocurrencia y Detectabilidad.

La Severidad tomó como referencia el

efecto, mientras que para las causas se tomó la

Ocurrencia con que podrían manifestarse. Por

último, la ponderación de la Detectabilidad

partió de la capacidad o controles actuales que

se dispone para atender las fallas que se

presentaron y consideraron en el AMEF. Los

valores de estos tres parámetros al ser

multiplicados entre si generaron un Número de

Ponderación de Riesgo (NPR). Si su valor fue

≥100 se indicó que ese modo de falla mantenía

prioridad sobre los demás se señalo con color

rojo, indicando la necesidad de enfocar

esfuerzos para erradicarlo o mitigar su impacto

en el servicio al usuario. Si su valor oscilaba

entre 80 y 99 se estableció en color amarillo al

considerarse prioridad intermedia. Por último

en valores ≤ 79 se le asignó el color verde,

representando que puede postergarse un poco

su atención en aras de trabajar en aquellas

actividades que requieren acciones inmediatas.

Para obtener la información necesaria al

momento de armar el AMEF, se recurrió a

datos del fabricante, listas genéricas de modos

de falla, información encontrada en las OT´s

del sistema JD Edwards, personas que operan y

hacen mantenimiento a los equipos.

Elaboración de plan de mantenimiento de los

equipos

Fue necesario que la información obtenida de

los equipos a través de la implantación de un

AMEF, fuera aprovechada y pasara a traducirse

en acciones o medidas pertinentes a mitigar la

ocurrencia y efectos de las fallas, de tal manera

que permitiera una adecuada planificación,

programación y ejecución de las actividades por

parte del área de mantenimiento.

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84


En el documento denominado plan de

mantenimiento, en su primera versión, se

generaron como propuesta formatos de carácter

técnico (fichas técnicas, recomendaciones de

uso), así como de gestión (solicitud de servicio,

orden de trabajo, hoja de vida), protocolos de

mantenimiento (ficha de mantenimiento

autónomo, preventivo cronograma de

actividades) y aspectos a tener en cuenta para el

mantenimiento predictivo. Se usó un

cronograma dentro del plan de mantenimiento

(Ver Figura 1), donde se agruparon las

actividades de mantenimiento a llevarse a cabo

en los equipos bajo estudio. Además se

integraron un grupo de tareas, sus

procedimientos, indicadores y otras

consideraciones aplicables al área de

mantenimiento.

Figura 1 Cronograma para mantenimiento preventivo.

Anexos

Se puede apreciar en el Anexo 1 el AMEF del

equipo llamado balanza, donde se incluye lo

mencionado en los pasos previos de la

metodología desarrollada.

Figura 2 AMEF de una balanza.

Conclusiones

A partir del análisis funcional y AMEF que se

realizó a los equipos, se pudo determinar que es

necesario aprovechar el historial del

mantenimiento contenido en el sistema JD

Edwards, así como la experiencia de los

responsables de mantenimiento y laboratorio

con la finalidad de ofrecer un servicio de

calidad al usuario. Se concluyó que se debe

disponer de documentación que contenga la

información adecuada para comprender los

eventos presentados durante el uso del equipo y

se tiene que identificar el origen de la causa de

las fallas para mantener la confiabilidad

proyectada por el proveedor del equipo.

Se logró determinar mediante un

análisis de ponderación de riesgos, que siete

equipos de todos los considerados son críticos

para los laboratorios bajo estudio. Debido al

enfoque que emplea RCM y el AMEF, fue

posible la inclusión de nuevos tipos de falla y

equipos para su análisis en el plan de

mantenimiento,

Se cumplió con el objetivo propuesto

como parte de la gestión del mantenimiento, se

pudieron establecer estrategias y medidas para

aumentar la confiabilidad, mantenibilidad y

disponibilidad de los equipos referidos como

críticos.

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85


Entre las recomendaciones sobresalen

medidas como: a) considerar la parte

económica porque impacta directamente sobre

el presupuesto del Departamento; b) involucrar

el personal en el proceso de mantenimiento

mediante capacitaciones, pláticas pertinentes,

transferencia del conocimiento, y comunicación

más eficiente.

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87


Metodología para el aprovechamiento de la iluminación natural en los edificios y la

cuantificación de sus beneficios energéticos

HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ, Alberto†* y MORILLÓN-GÁLVEZ, David.

Universidad Nacional Autónoma de México, Cd. Universitaria, Ciudad de México, CDMX, México.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

La iluminación natural tiene como objetivo principal el

uso racional de la energía para satisfacer necesidades de

iluminación de manera total o parcial del tiempo con

horas diurnas en los edificios, provocando un ahorro de

energía eléctrica que regularmente es generada con

energía convencional. La metodología propuestra

consiste en tres etapas, inicialmente se evalúa el potencial

de la iluminación natural mediante la estimación de

iluminancia exterior en superficies horizontales y

verticales en su componente global y difusa,

posteriormente se realiza un estudio del bioclima que da

como resultado las sensaciones horarias de frío, calor y

confort concentradas en un diagrama de

isorrequerimientos, información que permite definir

como aprovechar la iluminación natural de forma directa

o indirecta, finalmente se muestran algunos de los

beneficios energéticos que se obtienen al considerar la

iluminación natural en los edificios en un horario de 6:00

- 9:00 horas cuando se dispone del recurso solar. Para el

caso de estudio realizado en una vivienda de interés

social en Texcoco, Estado de México, es posible

aprovechar la iluminación natural en sus componentes

difusa o global en superficies horizontales y verticales

hasta 91.3% del tiempo con horas diurnas, obteniendo un

ahorro de energía eléctrica de 75.06 kWh/anual.

Iluminación natural, diagrama de Isorrequerimientos

y beneficios energéticos

Abstract

Natural lighting has as main objective the rational use of

energy to meet needs of lighting in total or partially of

time with daylight hours in buildings, resulting in a

saving of electric power that is regularly generated with

conventional energy. The proposal methodology consists

of three stages, initially evaluates the potential of natural

lighting through the estimation of outdoor illuminance on

vertical and horizontal surfaces in its global and diffuse

component, then it´s performed a study of the bioclimate

which gives as a result the feelings of cold, heat and

comfort concentrated in a diagram of hygro-thermal

comfort, information that allows you to define how to

take advantage of natural lighting in direct or indirect

way, finally is show some of energy benefits that are

obtained to consider the lighting natural in the buildings

in a time of 6:00-9:00 hours when is available the solar

resource. For case study performed in social interest

housing in Texcoco, Mexico, it is possible to take

advantage of natural lighting in diffuse or global

components on horizontal and vertical surfaces until

91.3% of the time with daylight hours, obtaining

electrical energy savings of 75.06 kWh/annual.

Daylighting, diagram of hygro-thermal comfort and

energy benefits

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Citación: HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ, Alberto y MORILLÓN-GÁLVEZ, David. Metodología para el aprovechamiento

de la iluminación natural en los edificios y la cuantificación de sus beneficios energéticos. Revista de Aplicaciones de la

Ingeniería 2016, 3-8: 87-98

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ISSN-2410-3454


HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ, Alberto y MORILLÓN-GÁLVEZ,

David. Metodología para el aprovechamiento de la iluminación natural

en los edificios y la cuantificación de sus beneficios energéticos.


88


Introducción

Para satisfacer los requerimientos lumínicos así

como de confort térmico en los edificios, se

recurre al uso de iluminación artificial o

calefacción, etc., son sistemas activos que

necesitan el uso de energía convencional,

provocando de forma indirecta la emisión de

gases de efecto invernadero para generar esa

energía.

El objetivo de este trabajo es proponer

una metodología que permita el

aprovechamiento de la iluminación natural en

los edificios, mediante un correcto diseño desde

la construcción del edificio, satisfaciendo sus

requerimientos lumínicos de manera total o

parcial en horas diurnas, además de provocar

con el uso de iluminación directa o indirecta

sensación de confort térmico en los usuarios.

La hipótesis de este trabajo es que

mediante la utilización de la iluminación

natural en los edificios, es posible satisfacer las

necesidades de iluminación hasta 100% del

tiempo con horas diurnas variando los

resultados según el tipo de clima y localización

geográfica.

En la metodología propuesta para este

trabajo se describe inicialmente la evaluación

del potencial estimado de la iluminación natural

mediante el conocimiento de la iluminancia

exterior en superficies horizontales y verticales

en su componente global y difusa,

posteriormente se presenta una metodología

para aprovechar la iluminación natural de forma

directa e indirecta en los edificios concluyendo

con algunos de los beneficios energéticos

obtenidos al utilizar la iluminación natural en

los edificios.

Antecedentes

La iluminación natural es un recurso disponible

en prácticamente cualquier parte del mundo

durante horas diurnas, inclusive en días

nublados y lluviosos, aunque para aprovechar la

iluminación natural de forma correcta según los

requerimientos de iluminación de los edificios

deben tomarse en cuenta una gran cantidad de

variables para un correcto diseño de su

utilización en interiores y exteriores, por ello

(Gillette, Pierpoint, & Treado, 1984)

desarrollan un modelo para el cálculo de la

iluminancia directa normal, que además integró

el caso de la iluminancia difusa horizontal, más

tarde (Pérez, Ineichen, & Seals, 1990) elaboran

un modelo que considera brillo del cielo, vapor

de agua contenida en la atmósfera y la

turbulencia atmosférica. Este modelo fue

calculado experimentalmente tomando como

base los datos de irradiancia e iluminancia

horaria. Se realizaron mediciones hasta de tres

años en partes de Norteamérica y Europa, se

obtuvieron buenos resultados en cuanto a

iluminancia global y difusa, aunque es

complicado en algunos lugares tener los

recursos necesarios para realizar mediciones

físicas.

ISSN-2410-3454






89


Para la correcta estimación de los

niveles de iluminación natural en superficies

exteriores e interiores, es necesario conocer la

cantidad de irradiancia incidente en superficies

horizontales e inclinadas. (Almanza & Cajigal,

2005) Desarrollan un modelo para estimar los

niveles de irradiación global, directa y difusa,

para superficies inclinadas y horizontales,

utilizan algunos de los modelos de mayor

aceptación internacional, utilizan datos de fácil

acceso como número de días lluviosos, latitud,

humedad relativa y ubicación del lugar respecto

al mar.

Proporcionan una gran variedad de

mapas de isohelias de la República Mexicana

para la irradiación global, directa y difusa en

superficies inclinadas y horizontales, para cada

mes del año, además de desarrollar un software

con los datos obtenidos de este atlas llamado

Solartronic, se utiliza este software debido a la

fiabilidad de sus datos para el cálculo de la

irradiación incidente en superficies horizontales

e inclinadas, en este caso será para estimar la

cantidad del recurso solar de una región.

A través de las últimas décadas, en

México se ha desarrollado una cantidad

considerable de trabajos enfocados al

aprovechamiento de la iluminación natural, que

se han publicado en las memorias de la Semana

Nacional de Energía Solar que organiza la

Asociación Nacional de Energía Solar (ANES)

con el objetivo general de divulgar y promover

el uso de las energías renovables. Una de las

bases para el presente trabajo corresponde a una

propuesta publicada en las XXXIV memorias

de ANES por (Olvera & Morillón Gálvez,

2010) donde interrelacionan algunas de ellas

para evaluar el potencial de la iluminación

natural y su aprovechamiento en los edificios,

parten del cálculo de las eficacias luminosas e

iluminancias exteriores en superficies verticales

y horizontales en su componente global y

difusa mediante reconocidos modelos

matemáticos, para posteriormente indicar

mediante una metodología cuando aprovechar

la iluminación natural en los edificios de forma

directa o de forma indirecta, el

aprovechamiento de la iluminancia en forma

directa se propone para momentos en los que se

presenta frío según un diagrama de

isorrequerimientos que indica las sensaciones

horaria de frío, calor y confort en el lugar de

estudio, y aprovechar la iluminancia indirecta

en momentos de calor y confort para evitar

ganancias adicionales de calor en el edificio.

Ambas formas de aprovechamiento se

proponen en horas en las que se cuenta con el

recurso solar, a diferencia de la metodología

propuesta en este trabajo no presentan que tipo

de iluminancia global o difusa es la más

propicia para provocar confort además de no

mencionar beneficios energéticos que se pueden

obtener.

Más tarde en Australia realizan un

estudio para medir los beneficios de tener un

sistema guiado de iluminación natural para un

edificio con uso de oficinas (Leung,

Rajagopalan, & Fuller, 2013), la metodología

proporciona un método viable para predecir los

niveles de iluminación interior utilizando un

sistema guiado en el espacio de oficina basado

en los datos de medición al aire libre, puede

aprovecharse hasta un 70% adicional de

iluminancia sobre el plano de trabajo, además el

sistema también puede proporcionar protección

contra el deslumbramiento y una distribución

uniforme de la luz diurna difusa al espacio de

oficina.

ISSN-2410-3454






90


Metodología

Evaluación del potencial de la iluminación

natural.

Para conocer el potencial del recurso

solar en superficies verticales y horizontales es

posible utilizar métodos numéricos, métodos

gráficos, mediciones físicas o por el uso de

información existente, utilizando para este

trabajo Biosol (Preciado Olvera & Morillón,

2010).

Se considera la estimación de la

iluminancia exterior mostrando el abundante

recurso solar aprovechable con iluminación

natural aunado a un correcto diseño lumínico se

puede reducir el uso de la iluminación artificial

de manera total o parcial en horas diurnas. Se

requieren datos de entrada para realizar la

estimación de iluminancia global y difusa en

Biosol, los cuales son datos de latitud, longitus

altura, temperaturas máximas y mínimas

promedio mensuales del sitio, e irradiancias

global y difusa mensuales en superficies

horizontales. En la Tabla 1 y Tabla 2 es

presentada la iluminancia global horizontal

horaria y la iluminancia difusa horizontal

horaria, respectivamente, para Texcoco,

México.

Tabla 1 Iluminancia global horaria en superficies

horizontales, para Texcoco, México.

Tabla 2 Iluminancia difusa horaria en superficies

horizontales, para Texcoco, México.

Los valores máximos estimados de la

iluminancia global horizontal (Tabla 1) se

muestran en los meses de abril, mayo, junio,

julio y agosto, debido a la alta cantidad de

irradiancia que se presenta es esos meses.

Los valores máximos de iluminancia

difusa horizontal (Tabla 2) se tienen en los

meses de abril a septiembre, esto debido a que

en esos meses se presentan la temporada de

lluvias en Texcoco, provocándose por el factor

lluvia una mayor nubosidad.

Texcoco, Estado de México 19.511258 -98.990669 2250

Hora/Mes ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

01:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

02:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

03:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

04:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

05:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

06:00 0.000 0.000 0.000 3.628 6.185 7.126 6.230 3.342 0.000 0.000 0.000 0.000

07:00 7.164 10.911 15.900 19.859 22.079 21.840 21.115 18.170 15.012 10.467 6.977 5.631

08:00 25.182 30.179 35.481 39.003 40.313 38.848 38.441 35.355 33.409 28.005 24.659 22.719

09:00 42.453 50.283 56.069 58.757 58.870 56.055 56.053 53.199 52.728 46.799 43.638 41.209

10:00 59.061 65.238 71.064 76.019 74.940 70.906 71.303 68.787 69.805 63.616 60.802 55.481

11:00 70.599 77.081 82.975 84.105 82.235 80.971 81.662 79.427 81.544 75.252 72.748 66.657

12:00 74.695 81.268 87.170 88.049 85.888 84.524 85.324 83.195 85.712 79.391 73.871 70.627

13:00 70.536 77.006 82.894 84.035 82.186 80.949 81.642 79.402 81.513 75.213 72.704 66.594

14:00 59.024 65.184 70.996 75.971 74.901 70.880 71.280 68.759 69.776 63.585 60.774 55.446

15:00 42.499 50.312 56.091 58.767 58.871 56.053 56.051 53.200 52.735 46.816 43.667 41.244

16:00 25.240 30.248 35.557 39.073 40.368 38.883 38.472 35.391 33.451 28.056 24.715 22.777

17:00 7.200 10.969 15.959 19.929 22.145 21.889 21.156 18.193 15.049 10.498 7.012 5.662

18:00 0.000 0.000 0.000 3.651 6.221 7.149 6.247 3.356 0.000 0.000 0.000 0.000

19:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

20:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

21:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

22:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

23:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

00:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

ESTIMACIÓN DE ILUMINANCIA HORARIA MEDIA MENSUAL SOBRE SUPERFICIES HORIZONTALES

Localidad Latitud Longitud Altitud [m]

Iluminancia Global Horizontal [klux]

Texcoco, Estado de México 19.511258 -98.990669 2250


01:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

02:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

03:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

04:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

05:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

06:00 0.000 0.000 0.000 3.157 5.109 5.479 4.861 3.216 0.000 0.000 0.000 0.000

07:00 4.815 7.419 9.665 12.609 13.718 14.182 13.825 11.532 11.064 7.841 5.529 4.097

08:00 12.292 15.203 18.183 21.166 21.639 21.872 21.721 21.378 20.735 17.450 14.333 11.934

09:00 19.573 21.989 25.122 28.121 28.066 28.092 28.094 28.322 28.552 25.270 21.870 18.642

10:00 24.181 27.494 30.426 33.118 32.670 32.553 32.667 33.306 34.181 30.948 27.397 24.339

11:00 26.876 30.222 33.099 35.645 34.892 35.180 35.366 36.241 37.504 34.312 30.696 27.177

12:00 27.731 31.076 33.925 36.445 35.638 36.024 36.236 37.180 38.564 35.377 32.117 28.078

13:00 26.825 30.157 33.026 35.577 34.843 35.131 35.321 36.181 37.431 34.222 30.602 27.122

14:00 24.149 27.445 30.362 33.010 32.583 32.492 32.612 33.239 34.109 30.873 27.334 24.307

15:00 19.615 22.052 25.172 28.146 28.070 28.087 28.089 28.325 28.570 25.315 21.941 18.718

16:00 12.423 15.366 18.368 21.349 21.780 21.967 21.804 21.482 20.857 17.597 14.486 12.074

17:00 4.858 7.490 9.827 12.812 13.906 14.327 13.949 11.655 11.184 7.947 5.580 4.136

18:00 0.000 0.000 0.000 3.191 5.162 5.554 4.919 3.240 0.000 0.000 0.000 0.000

19:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

20:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

21:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

22:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

23:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

00:00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

Iluminancia Difusa Horizontal [klux]

ESTIMACIÓN DE ILUMINANCIA HORARIA MEDIA MENSUAL SOBRE SUPERFICIES HORIZONTALES

Localidad Latitud Longitud Altitud [m]

ISSN-2410-3454






91


También es posible obtener la

iluminancia global y difusa en superficies

inclinadas. Biosol toma los valores de los

ángulos de orientación e inclinación

seleccionados para la estimación de la

irradiancia en superficies inclinadas.

Para el cálculo de la iluminación natural

en interiores se requiere conocer la

disponibilidad de la luz natural exterior en las

cuatro paredes que rodean a un edificio. Por tal

motivo se estima la iluminancia exterior en las

cuatro fachadas principales (norte, sur, este y

oeste).

En las tablas 3 y 4 se muestra la

estimación de la iluminancia global y difusa

promedio mensual en superficie horizontal y en

las cuatro fachadas verticales principales.

Mes /Fachada Sur Norte Este Oeste Horizontal

Ene 37.66 6.45 19.61 19.61 37.20

Feb 31.52 6.84 21.02 21.02 42.21

Mar 22.45 6.98 22.29 22.27 46.93

Abr 11.88 8.63 23.32 23.29 50.07

May 7.40 13.30 22.95 22.93 50.40

Jun 7.74 16.79 22.39 22.36 48.93

Jul 7.64 13.66 22.51 22.48 48.84

Ago 11.50 8.58 21.37 21.34 46.14

Sep 21.98 7.90 21.38 21.36 45.44

Oct 30.44 7.56 20.09 20.06 40.59

Nov 37.28 7.04 19.24 19.23 37.81

Dic 38.84 6.41 18.66 18.65 34.93

Tabla 3 Iluminancia global promedio mensual (klux) en

superficies horizontales y verticales, para Texcoco.

En la tabla 3 se puede observar que, en

los meses de diciembre y enero, la iluminancia

promedio mayor se presenta en la fachada sur

debido a la baja altura solar en esa orientación

para esos meses, para el resto de los meses esos

valores de iluminancia promedio mayor

transcurren en superficie horizontal. Aunque la

altura máxima solar que alcanza el Sol en esa

latitud es en junio, la máxima iluminancia

horizontal promedio ocurre en los meses de

abril y mayo, debido a la alta cantidad de

irradiancia solar que incide en esos meses. Así

como se observa un comportamiento

prácticamente simétrico en las fachadas este y

oeste.

Mes /

Fachada

Sur Norte Este Oeste Horizontal

Ene 16.1

0

6.45 10.3

9

10.41 15.64

Feb 15.2

8

6.84 11.4

9

11.51 18.15

Mar 12.8

2

6.98 12.3

7

12.39 20.55

Abr 9.35 7.92 13.7

4

13.77 23.41

May 7.40 9.82 13.7

1

13.74 23.70

Jun 7.74 11.61 13.9

4

13.96 23.92

Jul 7.64 10.20 13.9

3

13.95 23.81

Ago 9.38 8.05 13.6

8

13.69 23.48

Sep 14.0

2

7.90 13.7

5

13.77 23.29

Oct 16.7

2

7.56 12.6

0

12.62 20.55

Nov 17.4

7

7.04 11.2

5

11.27 17.84

Dic 16.6

3

6.41 10.1

4

10.16 15.43

Tabla 4 Iluminancia difusa promedio mensual (klux) en

superficies verticales y horizontales, para Texcoco.

En la tabla 4 presenta la siguiente

información, la iluminancia difusa promedio

mayor se presenta en el mes de junio sobre el

plano horizontal, coincidiendo con la máxima

altura solar correspondiente a esa latitud. Por

otro lado, la iluminancia difusa promedio

menor se presenta en el mes de diciembre sobre

la fachada norte.

ISSN-2410-3454






92


La iluminancia global y difusa promedio

en superficies horizontales es mayor a

cualquiera de las demás superficies verticales

(fachada norte, sur, este y oeste).

Además se debe considerar una serie de

factores determinados en un edificio que se

quiere iluminar con luz natural, como

superficies vidriadas, las condiciones del cielo,

etc., como ya observamos la luz natural exterior

que llega a una superficie horizontal e inclinada

en Texcoco en sus componentes global y

difusa, puede ayudar a cubrir parcial o

totalmente cualquier actividad visual a

desarrollar en un edificio por los usuario sin

presentan complicaciones (confort lumínico).

El aprovechamiento de la iluminación

natural, puede cubrir las necesidades de

iluminación en horas diurnas de hasta el 100%

del tiempo.

Aprovechamiento de la iluminación natural

a. Estudio del bioclima

Figura 1 Diagrama con las etapas del estudio del

bioclima.

Como resultado del estudio del bioclima

se obtiene el diagrama de isorrequerimientos

con las sensaciones higrotérmicas horarias de

frío, calor y confort vertido en 24 filas que

constituyen las horas del día y 12 columnas

representando los meses del año, en esta parte

del trabajo los resultados obtenidos son de la

carta bioclimática de Olgyay (Figura 2): Fuente: Elaboración propia mediante datos de las cartas

bioclimáticas mensuales de Olgyay

b. Aprovechamiento de la iluminación natural directa

e indirecta

Figura 2 Diagrama de isorrequerimientos para Texcoco,

México.

- Se estableció un horario entre las 6

horas y las 18 horas (según datos del

Diagrama de isorrequerimientos DDI y de la

iluminancia exterior horaria), intervalo que

puede variar según la latitud.


01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

FRÍO CONFORT CALOR

Calor

Frío

Confort

ISSN-2410-3454






93


- Se determinaron las horas en las que se

presentan sensaciones de calor y confort en el

DDI (Figura 2) en el horario seleccionado de

6:00-18:00 horas, y sobreponer los valores de

iluminancia difusa horaria de la fachada norte

en esas horas en el DDI (Tabla 5),

seleccionando la iluminancia difusa de la

fachada norte debido a que cuenta con los

valores más bajos en comparación del resto de

los valores de iluminancia difusa incidente en

superficies verticales y horizontales

mostrando que puede realizarse cualquier

actividad visual inclusive con la iluminancia

difusa que presenta los menores índices de

iluminancia, en este intervalo de tiempo se

propone utilizar la iluminación natural

indirecta (iluminancia difusa) evitando así la

radiación.

-

Tabla 5 Valores de iluminancia difusa horaria de la

fachada norte (klux), sobrepuestos en el DDI cuando se

presentan sensaciones de calor y confort, para Texcoco.

- Se determinaron las horas en las que se

presenta sensación de frío en el DDI (Figura

2) en el horario seleccionado de 6:00-18:00

horas, y sobreponer los valores de

iluminancia global horaria de la fachada

norte en esas horas en el DDI (Tabla 6),

seleccionando la iluminancia global de la

fachada norte debido a que cuenta con los

valores más bajos en comparación del resto

de los valores de iluminancia global incidente

en superficies verticales y horizontales

mostrando que puede realizarse cualquier

actividad visual inclusive con la iluminancia

global que presenta los menores índices de

iluminancia, en este intervalo de tiempo se

propone iluminación natural directa

(iluminancia global) provocando ganancias de

calor que se pueden deducir en confor en la

temporada de invierno, una forma de

climatizar pasivamente.

Tabla 6 Valores de iluminancia global horaria de la

fachada cuando se presenta la sensación de frío, para

Texcoco.


06:00

07:00

08:00

09:00 10.15 12.74 14.22

10:00 10.01 9.90 10.08 11.49 13.29 11.64 10.11 10.98 10.92

11:00 9.82 9.69 8.95 7.98 8.34 11.58 9.58 9.03 10.42 10.94 10.82 10.24

12:00 9.76 9.43 8.33 6.57 5.68 10.16 7.55 7.98 9.96 10.81 10.92 10.24

13:00 9.80 9.67 8.93 7.97 8.33 11.56 9.57 9.02 10.40 10.91 10.78 10.22

14:00 9.69 10.00 9.88 10.05 11.46 13.26 11.62 10.09 10.96 10.89 10.40 9.98

15:00 8.87 8.96 9.61 10.16 12.74 14.21 12.87 10.20 10.66 10.07 9.23 8.15

16:00 5.92 7.03 8.02 9.46 12.52 13.73 12.62 9.56 8.93 7.90 6.77 5.80

17:00 2.82 4.17 4.85 7.61 10.21 11.24 10.30 6.44 5.43 4.01 3.17 2.42

18:00 0.00 0.00 0.00 3.04 5.84 6.50 5.62 3.10 0.00 0.00 0.00 0.00


06:00 0.00 0.00 0.00 4.34 8.82 11.06 9.42 3.43 0.00 0.00 0.00 0.00

07:00 2.79 4.13 4.77 9.96 15.98 17.48 15.44 8.70 5.37 3.95 3.14 2.39

08:00 5.86 6.95 7.94 10.24 18.05 20.33 17.74 10.26 8.88 7.83 6.70 5.74

09:00 8.85 8.93 9.59 16.94 10.20 10.66 10.05 9.20 8.12

10:00 9.71 10.43 9.99

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

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94


El Anexo I muestra los niveles mínimos

de iluminación (lux) requeridos en los centros

de trabajo en México, comparando esos

requerimientos de iluminación con los valores

mínimos de iluminancia exterior global y difusa

horaria en superficies verticales y horizontales,

que se encuentran en los 2390 y 2420 luxes,

cantidad de luxes suficientes para satisfacer la

tarea visual más compleja en los centros de

trabajo de México, iluminación natural de la

que se dispone 91.3% del tiempo con horas

diurnas para Texcoco.

Beneficios energéticos por el uso de la

iluminación natural en los edificios

Para cuantificar algunos de los beneficios de la

iluminación natural que se pueden lograr en los

edificios se sugiere seguir la siguiente guía:

- Se consideran las iluminancias horarias

según el tipo de iluminación natural que se

requiera (directa o indirecta), entre 6:00-9:00

horas mostrado en la Tabla 7 (horario en el

que se requiere la iluminación para realizar

diversas actividades aunque lo recomendable

seria conocer el tipo de actividades a

desarrollar en el edificio).

Tabla 7 Valores de iuminancia difusa (color blanco) y

global (color azul) horaria en fachada norte (klux)

sobrepuestos en el DDI según los requerimientos de

iluminación natural, con horario de 6:00-9:00 horas, para

Texcoco.

- Se identifica el tipo de demanda

energética que se tiene en el horario

seleccionado (6:00-9:00 horas), para México

se cuenta con demanda intermedia entre las

6:00 y las 18:00 horas –Comisión Federal de

Electricidad-, seleccionando ese horario

porque se requiere iluminación para comenzar

actividades laborales, escolares, domésticas,

etc., el rango de cuatro horas por día en el

mes para aprovecharse con iluminación

natural es para no sobreestimar los beneficios

energéticos, además que ese horario se

encuentre en demanda intermedia donde se

requiere buena cantidad de energía para cubrir

las necesidades energéticas, lo recomendable

seria conocer las actividades a desarrollar

como ya se había mencionado anteriormente.

- Conocer las horas promedio mensuales

en las que se requiere la iluminación

utilizando focos en el edificio de estudio. Se

considera la siguiente información: la

Secretaria de Energía en el informe de

Indicadores de Eficiencia energética en

México (2011), explica que en una vivienda

habitada por 3 a 5 integrantes, las horas de

utilización de la iluminación con focos se

encuentra en 150 horas en promedio mensual.


06:00 0.00 0.00 0.00 4.34 8.82 11.06 9.42 3.43 0.00 0.00 0.00 0.00

07:00 2.79 4.13 4.77 9.96 15.98 17.48 15.44 8.70 5.37 3.95 3.14 2.39

08:00 5.86 6.95 7.94 10.24 18.05 20.33 17.74 10.26 8.88 7.83 6.70 5.74

09:00 8.85 8.93 9.59 10.15 12.74 14.22 16.94 10.20 10.66 10.05 9.20 8.12

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95


- Se contabilizan las horas que hay

niveles de iluminancia con un valor >0 (klux)

entre las 6:00-9:00 horas, ese calculo se

realiza por mes, el número de horas que salga

en cada mes se multiplica por el número de

días del mes y al final se suman las horas

resultantes de cada mes, por ejemplo en enero

se cuenta con 3 horas con iluminación y se

multiplica por el número de días del mes que

es 31 con un resultado de 93 horas, se realiza

el mismo procedimiento para el resto de

meses.

- El número de horas total que se tiene

iluminancia con valores >0 (klux), en este

caso de estudio es de 1251 horas, se

multiplican por 60 W potencia

correspondiente a un foco incandescente.

Resultados

Para conocer el potencial de aprovechamiento

de la iluminación natural directa e indirecta en

lo edificios se cuantifican las horas de la

iluminancia difusa y global sobrepuestos en el

diagrama de isorrequerimientos para

condiciones de frío, calor y confort (Figura 4 y

5), que cuentan con un valor de 0 klux, para

nuestro caso es de 14 horas, equivalente al

8.97%, debido a ello, el 91.3% restante del

tiempo de horas diurnas se puede suministrar

iluminación natural directa o indirecta en sus

componentes difusa o global en superficies

horizontales y verticales, evitando las ganancias

de calor en condiciones de calor y confort, así

como captando iluminación directa en periodos

de frío cuidando el deslumbramiento.

Los beneficios energéticos se miden al

multiplicar las 1251 horas en las que se tienen

valores >0 (klux) por 60W equivalentes a un

foco incandescente, la cantidad resultante se

convierte a kWh obteniendo el siguiente

resultado: 75.06 kWh/anual de ahorro

utilizando la iluminación natural, según datos

del INEGI (2015) 40.6% de las viviendas en

México cuenta con una cifra de 6 a 10 focos.

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96


Anexo I

Niveles de iluminación (lux) requeridos en

distintas áreas de trabajo en México

comparados con los mínimos valores horarios

de iluminancia global y difusa para Texcoco,

marcando con “” si cumple o con “X” si no

cumple

Tarea visual

del puesto

de trabajo

Niveles

mínimo

de

ilumina

ción

(lux)

Mínimo valor de

iluminancia

difusa horaria en

fachada norte :

2420 luxes

Mínimo valor de

iluminancia

global horaria

en fachada norte

: 2390 luxes

En

exteriores:

distinguir el

área de

tránsito

20

En

interiores,

distinguir el

área de

tránsito

50

En interiores 100

Requerimien

to visual

simple

200

Distinción

moderada de

detalles

300

Distinción

clara de

detalles

500

Distinción

fina de

detalles

750

Alta

exactitud en

la distinción

de detalles

1000

Alto grado

de

especializaci

ón en la

distinción de

detalles

2000

Agradecimiento

A CONACYT por el apoyo brindado para la

realización de mis estudios de posgrado.

Conclusiones

La utilización de la iluminación natural permite

satisfacer los requerimientos de la iluminación

en los edificios, además de provocar

sensaciones de confort térmico a los usuarios al

utilizarse de manera correcta la iluminación

natural indirecta y directa.

Algunos de los beneficios que se pueden

obtener con la iluminación natural se muestran

en el caso de estudio en Texcoco, Estado de

México, donde se propone una metodología que

estima el potencial de iluminancia exterior en

los edificios, posterior se sugiere el tipo de

iluminación que se debe de utilizar (directa o

indirecta) según los requerimientos de

climatización obtenidos en el diagrama de

isorrequerimientos (frío, calor o confort) y se

conoce cuanto tiempo de horas diurnas se

dispone de iluminación natural para

aprovecharse que para el caso de estudio fué

91.3%, y se finaliza con una propuesta que

permite estimar algunos de los beneficios

energéticos por el uso de la iluminación natural

en los edificios que se pueden obtener, para esta

caso fue un ahorro de 75.06 kWh/anual.

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97


Se puede aprovechar la iluminación

natural en los edificios de forma directa o

indirecta hasta 100% del tiempo de horas

diurnas satisfaciendo los requerimientos de

iluminación además de provocar confort

térmico en los usuarios resultado que puede

variar según el clima y localización geográfica,

se considera relevante el uso de la iluminación

natural por lo mostrado en este trabajo donde si

se suman exponencialmente los beneficios

energéticos en edificios residenciales y no

residenciales son bastantes, adicionalmente se

contribuye a la mitigación de gases de efecto

invernadero como el CO2.

Referencias

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superficies horizontales e inclinadas, así como

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ISSN-2410-3454






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Preciado Olvera, O. U., & Morillón Gálvez, D.

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Preciado Olvera, O. U., & Morillón, G. D.

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Preciado Olvera, O. U., & Morillón Gálvez, D.

(2011). Potencial estimado de la iluminación

natural en México. Tesis, UNAM.

Servicio Meteorológico Nacional. (1981-2010).

Normales Climatológicas. Comisión Nacional

del Agua. México.

99


Eficiencia en la producción de energía de un panel fotovoltaico a diferente

inclinación en Nuevo Vallarta, Nayarit

FLETES, Noé†*, PAREDES, César y DIBENE, Luis.

Universidad Tecnológica de Bahía de Banderas, Blvd. Nuevo Vallarta No. 65 Pte, Nuevo Vallarta, 63732 Nuevo Vallarta,

Nay., México.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

La orientación, el grado de inclinación y las condiciones

climatológicas, entre otras, son las variables que determinan

la eficiencia de un panel solar. En la presente investigación

se obtuvo la eficiencia de dos paneles solares colocados a

diferente ángulo de inclinación (0° y 20°). En la Universidad

Tecnológica de bahía de Banderas (UTBB), se montaron dos

sistemas solares de manera independiente, los cuales se

encuentran interconectados a la red de Comisión Federal de

Electricidad (CFE), cada sistema cuenta con un panel solar,

un microinversor y un equipo de medición; además de un

piranómetro efectuando mediciones de radiación solar. El

periodo de las tomas de lectura fue del 9 al 20 de Junio de

2016, donde cada panel se encuentra a la misma altitud,

orientación y condiciones climatológicas, pero a diferente

inclinación. Para determinar su eficiencia se compararon las

mediciones de los paneles con la insolación medida con los

piranómetros, uno a 0° y otro a 20° de inclinación. Los

resultados obtenidos fueron, panel a 0° 23.965 kWh, panel a

20° 11.846 kWh y Piranómetros con 0° 25.90 kWh con 20°

23.03 kWh. Teniendo a 0° una eficiencia del 93.5 % y a 20°

una eficiencia del 51.4%.

Ángulo de inclinación, Eficiencia, Panel solar,

Pirómetro, Equipo de medición

Abstract

Orientation, pitch and weather conditions, among others, are

the variables that determine the efficiency of a solar panel.

In this research the efficiency of two solar panels placed at a

different angle (0 ° and 20 °) was obtained. In the

Technological University of Bahia de Banderas (UTBB),

two solar systems independently mounted, which are

interconnected to the Federal Electricity Commission (CFE)

network , each system has a solar panel, a micro-inverter

and a measurement equipment; plus a pyranometer taking

measurements of solar radiation. The period takes reading

was from 9 to 20 June 2016, where each panel is at the same

altitude, orientation and under the same weather conditions,

but different inclination. To determine efficiency

measurements panels with insolation pyranometers measure,

one at 0 ° and one at 20 ° inclination compared. The results

were, panel at 0 °23,965 kWh, panel at 20 ° 11.846

Pyranometers with 0 ° 25.90 kWh with 20° 23.03 kWh.

Having at 0 ° 93.5% efficiency and at 20 ° 51.4% efficiency.

Tilt angle, Efficiency, Solar Panel, pyranometer,

measurement equipment

___________________________________________________________________________________________________

Citación: FLETES, Noé, PAREDES, César y DIBENE, Luis. Eficiencia en la producción de energía de un panel

fotovoltaico a diferente inclinación en Nuevo Vallarta, Nayarit. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 99-103

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454



Eficiencia en la producción de energía de un panel

fotovoltaico a diferente inclinación en Nuevo Vallarta,

Nayarit. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016

100


Introducción

Por la ubicación geográfica, México es un país

privilegiado con el nivel de radiación solar que

recibe y que potencialmente podría convertir

energía solar en energía eléctrica a través de los

sistemas fotovoltaicos.

Al proyectar un sistema solar

fotovoltaico, uno de los objetivos

fundamentales es la optimización de la energía

eléctrica generada aprovechando el recurso

solar, lo cual significa utilizar el máximo

posible de radiación incidente. Sin embargo, la

eficiencia de un panel solar está determinado

por varios factores, entre ellos el ángulo de

inclinación óptimo de los paneles solares, la

radiación incidente en el lugar donde está

situada la instalación, las condiciones

climatológicas, etc.

El efecto de la orientación y el ángulo

de inclinación de una superficie colectora de la

radiación solar, por ejemplo un captador solar

plano o un panel fotovoltaico, han sido

estudiados en varios trabajos (Sons, 1982).

Varios métodos se han propuesto en la literatura

para encontrar el ángulo óptimo, si embargo es

muy poca la literatura que hable sobre el ángulo

de inclinación adecuado de un panel

fotovoltaico para zonas de la República

Mexicana.

El objetivo de esta investigación es

encontrar el ángulo de inclinación en el cual es

más eficiente la captación solar de un panel

fotovoltaico en la zona de Bahía de Banderas,

Nayarit.

Radiación solar en Nuevo Vallarta, Nayarit.

En la Universidad Tecnológica de Bahía de

Banderas (UTBB) se cuentan con tres

piranómetros midiendo las irradiancias

(radiación) Global difusa Gd (w/m2) ,Global

inclinada Gi20° (W/m2) y Global horizontal

Gh0° (W/m2), de las cuales se considera para

esta investigación las irradiaciones medidas a

0° y 20 °. Con esas mediciones se cálcula la

energía que llega en un determinado período de

tiempo (del 9 al 20 de junio), a partir de

métodos matemáticos se pueden interpretar las

lecturas de los piranometros.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Los piranometros registran lecturas

correspondientes al promedio de 10 minutos.

Irradiancia: Es la intensidad de la luz

solar, las unidades más comunes son watts por

metro cuadrado (W/m2).

Insolación: Es la cantidad de energía

solar recibida durante un intervalo de tiempo,

las unidades más comunes son watt-hora por

metro cuadrado (Wh/m2), por lo general se

expresa en horas.

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101


En el gráfico 1 se muestra de forma

gráfica el concepto de insolación (Hsp, Hora

solar pico) y la irradiancia, no se debe

confundir con las horas de luz que se tiene en el

día, 1 kW-h/m2=1 Hsp.

Gráfico 1 Horas solar pico, calculationsolar.com

En el gráfico 2, se muestra el resultado

de la generación estimada a 0° con respecto a

las HSP en ese periodo.

Gráfico 2 Generación estimada a 0°.

En el gráfico 3, se muestra el resultado

de la generación estimada a 20° con respecto a

la HSP en ese periodo.

Gráfico 3 Generación estimada a 20°.

En la tabla 1, se muestra un comparativo

de las HSP a diferente ángulos medidas por los

piranometros marca Kipp & Zonnen modelo

CMP3 para las coordenadas 20.708599 -

105.285427, donde se calcula la generación

estimada en ambas inclinaciones. Es de

mencionar que el cálculo realizado de

generación estimada para cada panel es por

metro cuadrado, por lo que al final ese dato se

multiplica por 1.46 equivalentes al área

efectiva de capcación solar del panel

fotovoltaico utilizado. El cálculo muestra que

para ese periodo hay una generación estimada

de 25.9 kW/ a una inclinación de 0° y 23.03

kW/ a 20°.

Tabla 1 Comparativo de Generación estimada.

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102


Generación de paneles fotovoltaicos a 0° y

20°

Se montaron dos paneles fotovoltaicos

policristalinos marca Solartec modelo S60-

PC250, cada uno sobre su estructura, donde un

panel se colocó con un ángulo de inclinación de

0° y el otro a 20°, cada sistema cuenta con un

micro inversor marca SolarBridge modelo

P235LV-240F6-R1 y un equipo de medición

Marca HIOKI modelo PW3360. Estos se

interconectaron a la red de CFE. En la figura 1

se muestran ambos sistemas montados.

Figura 1 Sistemas fotovoltaicos montados a diferente

ángulo de inclinación (0° y 20°).

El periodo de las tomas de lectura para

la investigación fue de 12 días (del 9 al 20 de

junio), por lo que las condiciones

climatológicas fueron las mismas para ambos

sistemas.

En el Gráfico 4 se muestra el resultado

arrojado por los equipos de medición HIOKI

para ese período de tiempo.

Gráfico 4 Comparativo de generación de panel

fotvoltaico a 0° (línea roja: 23.97 kwh) y 20° (línea

morada 11.86 kWh).

Se observa en la gráfica que existe una

pequeña interrupción del día 15 al 16 de junio,

esto debido a que esa noche se protegieron las

cuchillas de la acometida de alimentación

principal de la universidad, sin embargo no

afecta en el comparativo de generación de los

sistemas fotovoltaicos.

Agradecimiento

Los autores agradecen en especial a la

Universidad Tecnológica de Bahía de Banderas

por otorgar todas las facilidades en el desarrollo

del presente artículo y todos los que están en

desarrollo, especialmente a los alumnos que

muestran interés y apoyo en el desarrollo de

trabajos como este.

Conclusiones

Al realizar la comparación de los datos

obtenidos por los piranometros, el cálculo de la

generación estimada y la información arrojada

por los equipos de medición (Tabla 2), se

deduce que para este periodo (verano) es un

93.5 % mas eficiente colocar un panel

fotovoltaico a 0° de inclinación, ya que a una

inclinación de 20° su eficiencia es de un 51.4%.

Tabla 2 Comparativo de generaion estimada, generacion

real y eficiencia de paneles fotovoltaivos a 0°y 20° de

inclinación.

Es de mencionar que esta eficiencia para

el panel fotovoltaico es solo para verano, por lo

que se pretende seguir con la investigación en

las diferentes estaciones del año para

comprobar de la misma manera que ángulo de

inclinación es el adecuado para que el captador

soldar.

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103


Anexos

Figura 1 Datos de inversor

Figura 2 Espesificaciones de Panel fotovoltaico

Figura 3 Conexión de equipo de medición.

Referencias

Garcia, J. J. (2003). Cálculo de la energía

solar. Madrid: Bellisco Ediciones.

Harper, E. (s.f.). El ABC de las instalaciónes

eléctricas en sistemas eólicos y fotovoltaicos.

México: Limusa.

Manual del equipo Hioki PW3360. (s.f.).

Sons, J. W. (1982). «Treatise on Solar Energy».

Fundamentals of Solar Energy. Vol. 1. GARG,

H. P.

Vallina, M. M. (2010). Instalaciones

solaresfotovoltaicas. España: Piraninfo.

104


Efectos del polvo en el desempeño de un arreglo fotovoltaico instalado en un clima

costero

DIBENE-ARRIOLA, Luis†*, PAREDES-VÁZQUEZ, César y MESSINA-LÓPEZ, Víctor.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Entre los diversos factores que afectan la energía producida

por un módulo fotovoltaico se encuentra el polvo. Se puede

recuperar la eficiencia de dicho panel, si se realizan

actividades de limpieza, ya sea de forma manual, automática

o naturalmente. Este trabajo investiga el efecto que tuvo el

polvo acumulado en un arreglo fotovoltaico de 3 kWp

instalado en un edificio en Nuevo Vallarta, Nayarit, México.

Se usaron 3 piranómetros, un inversor y un Web Box para

adquisición de datos y se construyó un cuadro resumen que

contiene datos de producción de energía suministrada al

edificio por la planta e insolación recibida, que permite

determinar la eficiencia de dicha planta fotovoltaica día a

día y sin limpieza de la misma. Luego se limpiaron los

paneles y se observó el cambio en la eficiencia, la cual se

mantuvo hasta mediados de mayo del 2016. En ese período

se volvieron a limpiar los paneles y se encontró que la

eficiencia se incrementaba de 10.58% a 11.70%. Por lo

anterior, se concluye que la suciedad en este lugar afecta la

eficiencia de los paneles en 10.59% relativo a la eficiencia

original y debe ser tomada muy en cuenta para los cálculos y

el mantenimiento.

Polvo, eficiencia, fotovoltaico

Abstract

Among the various factors that affect the energy produced

by a photovoltaic module is dust. You can retrieve the

efficiency of the panel, if cleaning activities, either

manually, automatically or naturally made. This paper

investigates the effect it had accumulated in a 3 kWp

photovoltaic array installed in a building in Nuevo Vallarta,

Nayarit, Mexico dust. 3 pyranometers, an inverter and a

Web Box for data acquisition was used and a summary table

containing data of energy production supplied to the

building by the plant and insolation received, which

determines the efficiency of this photovoltaic plant daily

built without cleaning it. The panels were then cleaned and

change was observed in efficiency, which lasted until mid-

May 2016. During that period they returned to clean the

panels and found that the efficiency was increased from

10.58% to 11.70%. Therefore, it is concluded that the dirt in

this place affects the efficiency of the panels at 10.59%

relative to the original efficiency and should be taken into

account for the calculation and maintenance.

Dust, efficiency, photovoltaic

___________________________________________________________________________________________________

Citación: DIBENE-ARRIOLA, Luis, PAREDES-VÁZQUEZ, César y MESSINA-LÓPEZ, Víctor. Efectos del polvo en el

desempeño de un arreglo fotovoltaico instalado en un clima costero. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8:

104-113

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ISSN-2410-3454


DIBENE-ARRIOLA, Luis, PAREDES-VÁZQUEZ, César y

MESSINA-LÓPEZ, Víctor. Efectos del polvo en el desempeño de un

arreglo fotovoltaico instalado en un clima costero. Revista de


105


Introducción

La potencia de salida de un módulo fotovoltaico

depende, entre otros, de los materiales del

módulo y de la cantidad de luz solar que incide

sobre la superficie del panel, la cual varía día a

día y de una región geográfica a otra y es

producto de muchas variables. También se ve

afectada por la temperatura del módulo,

pérdidas por el cableado, y por condiciones

ambientales como altos niveles de polvo

atmosférico. Cada variable puede contribuir con

una pérdida en la eficiencia que puede dar

como resultado una dramática reducción en el

rendimiento general del panel fotovoltaico (Ali

Al Shehri, 2016). El rendimiento fotovoltaico

se puede recuperar a su máxima capacidad por

la limpieza de las instalaciones; ya sea realizada

de forma manual, automática o naturalmente

por las lluvias (Julius Tanesab, 2015). El polvo

es un término general para cualquier partícula

menor de 500 µm de diámetro y puede incluir

polen de vegetación, células animales, arena,

arcilla o piedra caliza erosionada. El tamaño y

cantidad de las partículas, los componentes y su

forma pueden variar de acuerdo con cada región

del mundo. Estos factores se basan en la

geografía, el clima y la urbanización de una

región. Entre las características importantes del

polvo están el tamaño, la distribución y la

composición. Las condiciones ambientales

importantes que afectan a estas características

son, entre otras; la humedad, la variación en la

dirección y la velocidad del viento y las

variaciones estacionales. Cuando las partículas

se depositan sobre los módulos fotovoltaicos,

interfieren con la calidad de la iluminación

incidente, atenuándola y dispersándola. El

grado en el cual las partículas interfieren

depende de su constitución, la densidad y

distribución.

Existen estudios que han mostrado

grandes variaciones del rendimiento de un lugar

a otro como una función del tiempo de

exposición. En Kuwait se encontró una

reducción del 17% en la producción de energía

de módulos fotovoltaicos debido a la

acumulación de arena de más de seis días.

También se han evaluado los efectos de la

acumulación de polvo por más de un año en un

colector solar térmico de placa plana y un panel

fotovoltaico que comparte el edificio. Durante

este período, se reportó una tasa de reducción

de potencia 7% por mes para los módulos

fotovoltaicos (Basant Raj Paudyal, 2016).

Cuando se instala un arreglo fotovoltaico,

generalmente, el usuario debe hacerse cargo del

mantenimiento preventivo para: 1). Mantener la

instalación en un estado óptimo de

conservación y funcionamiento similar al

correspondiente a la puesta en marcha de dicha

instalación. 2). Detectar a tiempo posibles

anomalías o defectos que influyan

negativamente en el rendimiento general de la

instalación fotovoltaica y en su prestación de

servicio. En la práctica, la presencia del usuario

en instalaciones fotovoltaicas atendidas, es algo

muy recomendable, para que conozca su

instalación y pueda determinar la necesidad y

periodicidad más conveniente de las tareas de

mantenimiento. Cuando inspeccione deberá

advertir al técnico ante cualquier indicio de

degradación o alteración como rajaduras,

oxidación, etc. El usuario debería hacer una

inspección general del arreglo fotovoltaico de

manera periódica para evitar el sombreado no

previsto de los paneles debido a variaciones en

la vegetación circundante, la colocación de

objetos próximos, la acumulación prolongada y

permanente de objetos y depósitos de suciedad

en la superficie de los módulos por sus efectos

análogos a los del sombreado.

ISSN-2410-3454






106


La limpieza se debe realizar de forma

manual, utilizando agua y productos no

abrasivos, sin emplear estropajos que puedan

dañar la superficie de los módulos. (Asociación

de la industria fotovoltaica, 2010). Por otro

lado, (Maza, 2013) recomienda hacer una

inspección general 1 ó 2 veces al año para

asegurarse que las conexiones estén bien

ajustadas y libres de corrosión, y en la mayoría

de los casos, la acción de la lluvia elimina la

necesidad de limpieza de los paneles. Las

pérdidas producidas por la suciedad llegan a ser

de un 5% si se realiza una limpieza con agua

(sin agentes abrasivos ni instrumentos

metálicos) después de muchos días sin llover,

una lluvia de fango o una nevada. En este

estudio, se concluye que el polvo depositado en

los paneles fotovoltaicos en Nuevo Vallarta,

Nayarit, afecta la eficiencia de los paneles en

12.51% relativo a la eficiencia original y debe

ser tomado muy en cuenta para los cálculos y el

mantenimiento.

Fundamentos

La radiación que llega del sol a la tierra es la

fuente principal de energía para la generación

de los fenómenos en la atmósfera, en los

océanos y, en general, para la vida en la tierra.

(Juan Carlos Vega de Kuyper, 2015). La

radiación que es importante para aplicaciones

de energía solar es la emitida por el sol dentro

de las regiones de ultravioleta, visible e

infrarrojo, es decir entre 0.15 y 3 µm (150 y

3000 nm). La figura 1 muestra una curva

estándar de la radiación solar extraterrestre

promedio (1366.1 W/m2) y su posición en el

espectro de radiación electromagnética. (Maza,

2013).

Gráfico 1 Distribución espectral de la radiación solar

extraterrestre promedio (1366.1 W/m2) a una distancia

promedio tierra-sol. (Maza, 2013).

La atmósfera es casi totalmente

transparente a la radiación visible y a la

infrarroja solar, pudiendo pasar gran parte del

espectro solar en estas bandas directamente a la

superficie terrestre, excepto cuando la

atmósfera está parcial o totalmente cubierta de

nubes o por cualquier otro constituyente que

impida el paso de la luz. Conforme el espectro

total de radiación solar (ultravioleta, UV,

visible e infrarrojo, IR) penetra la atmósfera, se

va modificando, de tal manera que gran parte de

la radiación UV e IR son absorbidas, mientras

que principalmente es la radiación visible la que

llega a la superficie terrestre. El albedo de la

tierra, es decir su brillo o capacidad de reflejar

la energía es alrededor de un 30%, es decir, es

devuelta al espacio por la reflexión de la tierra.

El 70% de la energía restante es absorbida. En

un día nublado se absorbe un porcentaje mucho

más alto de energía, especialmente en la zona

del infrarrojo. En la radiación total que llega a

la superficie terrestre, o radiación global, para

su aprovechamiento energético, se distinguen

dos componentes: radiación directa y radiación

difusa. La componente directa es aquella que

proviene del disco solar, atenuada en parte por

la atmósfera. La componente difusa es la que

llega a un plano horizontal, en todas las

direcciones excepto la que corresponde al

ángulo sólido subtendido por el disco solar.

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107


Está integrada por la radiación desviada

por las moléculas y partículas en suspensión y

por la reflejada debido a la interacción entre la

radiación directa y las nubes. (Pilar Pereda

Suquet, 2009). Cuando la atmósfera está limpia

y despejada, la radiación en una superficie de 1

m2 perpendicular al sol, registra un valor de

1000 W/m2. (Maza, 2013).

La energía que proporciona el sol es la

fuente de energía más limpia, inagotable y

gratuita que se puede obtener en el planeta y

por tanto debe de buscarse la manera de

aprovecharla al máximo. (Rizo, 2014). No

obstante, las políticas públicas de los gobiernos

a nivel mundial no cambian en ningún sentido;

se espera que el consumo energético mundial se

incremente en 50% en el periodo entre 2005 y

2030, donde el petróleo y otros combustibles

líquidos o sólidos seguirán siendo la principal

fuente de energía mundial. Usar fuentes

renovables de energía es muy atractivo desde

distintos puntos de vista, sobre todo en los

países con intenciones de reducir sus emisiones

de gases de efecto invernadero. (Zubicaray,

2012). Una de ellas en la Energía Solar

Fotovoltaica.

Un sistema fotovoltaico es el conjunto

de equipos eléctricos y electrónicos que

producen energía eléctrica a partir de la

radiación solar (Óscar Perpiñán Lamigueiro,

2012). El dispositivo básico de generación de

electricidad fotovoltaica se denomina célula

fotovoltaica, cuyo agrupamiento e

interconexión formando una estructura

compacta, manejable y resistente se denomina

módulo fotovoltaico o panel fotovoltaico.

Cuando se unen varios paneles fotovoltaicos en

conexión ya sea serie o paralelo se le denomina

arreglo fotovoltaico o sistema fotovoltaico.

Los sistemas fotovoltaicos a su vez se

pueden clasificar en aislados o interconectados

a la red. (Asociación de la industria

fotovoltaica, 2010). Los sistemas fotovoltaicos

aislados o autónomos no disponen de conexión

alguna con la red eléctrica externa y se

conforman por generador fotovoltaico, baterías

y regulador de carga. (Aparicio, 2010) En los

interconectados a red, su energía generada se

vierte a la red eléctrica externa. La cantidad de

energía solar aprovechable por un panel

fotovoltaico depende, entre otros: de la

tecnología del panel; es decir si es

monocristalino, policristalino, etcétera.

También de la orientación e inclinación del

panel, de la ubicación; de tal forma que no

reciba sombras durante el día, de la

localización geográfica, la época del año, las

condiciones meteorológicas y el grado de

suciedad del panel. (Asociación de la industria

fotovoltaica, 2010). Es este último factor el de

interés en este artículo.

Desarrollo

El procedimiento seguido para determinar el

factor de suciedad en un arreglo fotovoltaico de

paneles de silicio policristalino fue el siguiente:

Entre mayo y julio de 2015 se instalaron en la

azotea del Laboratorio de Ingenierías de la

Universidad Tecnológica de Bahía de Banderas

(UTBB): 3 piranómetros Kipp&Zonnen CMP3

para medir las irradiaciones global horizontal,

difusa horizontal y global inclinada a 20°;

también se instaló un arreglo o planta

fotovoltaica de 3 kWp, un inversor Sunny boy

de 3 kW y un WebBox para adquisición de

datos. Con la información generada por todos

esos equipos, se construyó un cuadro resumen

que contiene datos de producción de energía

suministrada al edificio por la planta e

insolación recibida que permite determinar la

eficiencia de dicha planta fotovoltaica día a día

y sin limpieza de la misma.

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108


A principios de marzo del 2016 se

limpiaron los paneles con el chorro de agua y

una esponja, durante la noche, cuando no había

luz solar. Se observó al siguiente día un cambio

en la eficiencia, la cual mejoró y se mantuvo así

y prácticamente constante hasta fines de mayo

del mismo año, cuando empezó la temporada de

lluvias para este lugar.

Los datos de los paneles y del inversor

se muestran en las tablas 1 y 2; en la tabla 3 los

correspondientes a los piranómetros. Asimismo

en las figuras 1 y 2 se pueden ver los paneles

y los piranómetros. También se muestran en la

tabla 5 los valores de radiación incidente

promedio mensual para superficies inclinadas

apuntando al ecuador, ofrecidos por la NASA

(https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/, 2014) para la

ubicación latitud 20.4° de Latitud y -105.28°

de Longitud, que corresponden a la ubicación

de esta Planta Fotovoltaica instalada en la

azotea del Laboratorio de Ingenierías de la

UTBB (PFV UTBB).

Módulo fotovoltaico marca Solartec

Modelo S60PC-250

Tipo de celda Policristalina

Número de celdas 60

Condiciones de medición SCT NOCT

Voltaje a circuito abierto (Voc) 36.30 36.24

Voltaje óptimo de operación

(Vmpp)

30.60 30.54

Corriente a corto circuito (Isc) 8.71 6.98

Corriente óptima de operación

(Impp)

8.17 6.55

Potencia máxima (W) = W pico 250 200

Eficiencia del módulo (%) 15.39

Temperatura de operación -40 a 90 °C

Dimensiones y peso 1650x992x40

mm 23 kg

Área total de 12 paneles 19.64 m2

Carga máxima 2400 Pa

Rendimiento garantizado Año 1 mayor que

97.5%

Tabla 1 Datos de los paneles fotovoltaicos. Tomado de

los propios equipos.

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109


Inversor marca SMA

Modelo Sunny Boy 3000 US, 240

VAC

Potencia máxima

recomendada PV (SCT)

3750 W

Potencia máxima DC

(NOCT)

3200 W

Voltaje máximo DC 500 V

Voltaje nominal DC 250 V

Rango de voltaje MPP 200 – 400 V

Voltaje mínimo de

arranque

200 / 228 V

Potencia nominal de salida 3000 W

Potencia aparente máxima 3000 VA

Rango de voltaje AC 211 – 264 V

Rango de frecuencia de la

red AC

59.3 – 60.5 Hz

Máxima corriente de salida 13 A

Factor de potencia 1

Fases de conexión 2

Eficiencia máxima 96.5 %

Tabla 2 Datos del inversor.

Piranómetro Marca Kipp&Zonnen

Modelo CMP3

Clasificación ISO 9060:1990 Segunda clase

Rango espectral 300 a 2800 nm

Sensibilidad 5 a 20 µV/W/m2

Rango de salida prevista (0 a

1500 W/m2)

0 a 30 mV

Tiempo de respuesta (63% y

95%)

6s y 18s

Campo de visión 180°

Tipo de detector Termopila

Aplicaciones recomendadas Estaciones

meteorológicas

Tabla 3 Datos de los piranómetros. Tomado del manual

para el piranómetro CMP3.

Figura 1 La planta fotovoltaica y los piranómetros.

ISSN-2410-3454


DIBENE-ARRIOLA, Luis, PAREDES-VAZQUEZ, César y

MESSINA-LOPEZ, Víctor. Efectos del polvo en el

desempeño de un arreglo fotovoltaico instalado en un clima

costero. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016

110


Tabla 4 Valores de radiación incidente promedio

mensual para superficies inclinadas.

El sistema fotovoltaico de 3 kWp que se

instaló en la azotea del laboratorio de

ingenierías de la UTBB es un sistema

interconectado a la red (SFVCR), fijo, con los

12 paneles en serie con 367 VDC, dentro del

rango óptimo de entrada de voltaje del inversor,

el cual de acuerdo a la figura 3, tiene la

siguiente secuencia:

Figura 2 Esquema del sistema fotovoltaico

interconectado a la red en el laboratorio de ingenierías de

la UTBB.

De acuerdo con (Óscar Perpiñán

Lamigueiro, 2012), se utilizó el siguiente

procedimiento para calcular la producción de

este SFVCR, utilizando en primera instancia

Insolaciones mensuales del sitio

(https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/, 2014) con

inclinación 20° al sur, para cada periodo

medido (Febrero, Marzo, Abril y Mayo) y de

esa manera compararla contra la producción

real para cada día y mes:

- Se debe determinar la “insolación

efectiva incidente” en el plano del

generador, o sea que es el resultado

de tener en cuenta la inclinación y

orientación del generador, las

pérdidas por suciedad, transmitancia

del vidrio y reflexión por incidencia

no perpendicular.

- La temperatura ambiente a que está

sometido el generador fotovoltaico.

- El impacto de sombras sobre el

generador. En este caso, no se tiene

este problema.

- El comportamiento eléctrico de

generador fotovoltaico.

- La curva de eficiencia del inversor y

su ventana de búsqueda del valor

óptimo.

- La eficiencia del resto de

componentes del sistema,

principalmente cableado y

transformador de BT/MT.

Mes Radiación

(kWh/m2/día)

0° 20°

Ene 4.57 5.62

Feb 5.64 6.56

Mar 6.76 7.26

Abr 7.29 7.21

May 7.67 7.05

Jun 7.06 7.10

Jul 6.37 6.33

Ago 5.88 5.69

Sep 5.27 5.41

Oct 5.41 6.05

Nov 4.98 6.09

Dic 4.22 5.23

Prom 5.93 6.30

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111


La insolación efectiva incidente del

punto 1 anterior, no fue necesario calcularla, ya

que se cuenta con un piranómetro CMP3

inclinado 20° hacia el sur que mide

directamente la irradiancia y se determinó en

base a sus lecturas la insolación día a día para

esa inclinación y que corresponde a la columna

“insolación Global medida recibida a 20° de

inclinación” de las tablas 4 a 7.

Con relación a los efectos de los puntos

2 a 6 anteriores, se considera la tabla 6, que

incluye todas las pérdidas de un sistema

fotovoltaico:

Factor de pérdidas Valor

(%)

Dispersión de parámetros entre los módulos

que componen el generador

2 – 4

Tolerancia de potencia de los módulos

respecto a sus características nominales

3

Temperatura de funcionamiento de los

módulos

5 – 8

Conversión DC/AC realizada por el inversor 8 – 12

Efecto Joule en los cables 2 – 3

Conversión BT/MT realizada por el

transformador

2 – 3

Disponibilidad del sistema 0.5 - 1

Tabla 5 Valores recomendados para determinar el factor

de pérdida en un SFVCR. (Óscar Perpiñán

Lamigueiro, 2012).

Una vez determinados estos factores, la

energía producida por un SFVCR se calcula

con la siguiente ecuación:

(1)

Dónde:

Es la energía producida por el

SFVCR

Es la potencia nominal del

generador FV (

Es la insolación efectiva a 20° de

inclinación, para cada día, valor dado

por la NASA si es teórico.

Son las pérdidas en el sistema (Si

consideramos los valores mínimos,

Es el factor de sombra (en este caso

no hay sombras; ).

Resultados

La tabla 6 muestra el comportamiento promedio

de la planta entre el 25 de febrero y el 7 de

marzo, cuando los paneles estaban sucios y sin

mantenimiento desde su instalación en julio del

2015 hasta febrero del 2016. Por otro lado, la

tabla 7 muestra cómo se comportó la planta una

vez que se limpiaron los paneles con agua y una

esponja.

La tabla 8 muestra el comportamiento

de este SFVCR utilizando el procedimiento de

cálculo planteado en este trabajo y utilizando

los datos de la planta y la NASA para este

lugar, con los paneles sucios y para el periodo

del 25 de febrero al 7 de marzo del 2016.

Asimismo, la tabla 9, muestra el

comportamiento, pero para el periodo del 8 de

marzo al 31 de mayo del 2016.

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112


FECHA

: Del 25 de

Febrero

al 7 de Marzo

del 2016.

Producci

ón de energía

medida y

entregada por la

planta al edificio

(kWh)

Insolació

n Global medida

recibida

a 20° de inclinaci

ón (kWh/m2

)

Insolaci

ón Global

Inclinad

a recibida

por la planta

(kWh)

Eficienci

a respecto

a la

Insolación Global

a 20° de inclinaci

ón (%)

ps=

paneles

sucios.

pl= panele

s limpio

s.

Promed 14.37 6.92 135.98 10.51 ps

Tabla 6 Comportamiento promedio de la planta del 25 de

febrero al 7 de marzo del 2016 con los paneles sucios.

Fuente Planta FV 3kWp y Piranómetros CMP3 en la

UTBB.

FECHA:

Del 8

Marzo al

31 de

Mayo del

2016.

Producció

n de

energía

medida y

entregada

por la

planta al

edificio

(kWh)

Insolación

Global

medida

recibida a

20° de

inclinació

n

(kWh/m2)

Insolació

n Global

Inclinada

recibida

por la

planta

(kWh)

Eficiencia

respecto a

la

Insolación

Global a

20° de

inclinació

n (%)

ps=

paneles

sucios.

pl=

paneles

limpios

.

Promedio 14.80 6.52 128.82 11.70 pl

Tabla 7 Comportamiento promedio de la planta del 8 de

Marzo al 31 de mayo del 2016 con los paneles limpios.

Fuente Planta FV 3kWp y Piranómetros CMP3 en la

UTBB.

Descripción Promedio

Producción de energía medida y entregada

por la planta al edificio (kWh-h)

14.37

Producción teórica de la planta para el

periodo medido

de acuerdo con NASA (kWh-h)

16.50

Eficiencia de la planta

respecto a la NASA para el periodo medido

(%)

87.11

insolación Global medida

recibida a 20° de inclinación (kWh-h /m2)

6.92

Insolación Global Inclinada

recibida por la planta (kWh-h)

135.98

Eficiencia

respecto a la Insolación Global a 20° (%)

10.58

Insolación promedio de la NASA

a 20° para el peroiodo medido en esta zona

(kWh-h /m2 día)

7.10

Tabla 8 Comportamiento del SFVCR con los paneles

sucios.

Descripción Promedio

Producción de energía medida y entregada

por la planta al edificio (Kw-h)

14.80

Producción teórica de la planta para el

periodo medido

de acuerdo con NASA (kW-h)

16.93

Eficiencia de la planta

respecto a la NASA para el periodo medido

(%)

88.68

insolación Global medida

recibida a 20° de inclinación (kW-h/m2)

6.52

Insolación Global Inclinada

recibida por la planta (kW-h)

128.82

Eficiencia

respecto a la Insolación Global a 20° (%)

11.70

Insolación promedio de la NASA

a 20° para el peroiodo medido en esta zona

(kW-h/m2 día)

7.28

Tabla 9 Comportamiento del SFVCR con los paneles

limpios.

Conclusiones

En las tablas 6 a 9 se observa como el

comportamiento real de la planta mejora con la

limpieza de los paneles y la eficiencia de la

planta también lo hace. La producción de

energía medida y entregada al Laboratorio de

Ingenierías de la UTBB aumentó de 14.37 kWh

a 14.80 kWh de un periodo al otro, no obstante

que la insolación promedio disminuyó de 6.92

kWh/m2 a 6.52 kWh/m

2. Esto es porque la

eficiencia de la planta respecto a la insolación

recibida por ella aumentó de 10.58% cuando los

paneles estaban sucios, a 11.70% una vez

limpiados y explica el comportamiento de la

producción de energía. La eficiencia real al

comparar ambos periodos aumentó entonces de

10.58% a 11.70% entre el periodo en que los

paneles estaban sucios y el periodo en el que se

mantuvieron limpios.

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113


Eso representa un 1.12% de mejora en la

eficiencia total, pero representa un 10.59% de

mejora respecto a la eficiencia original. Es

importante hacer notar que los paneles solo se

limpiaron una vez, la noche del 7 de marzo y

con eso fue suficiente para mejorar y mantener

dicha mejora en la eficiencia por dos meses,

hasta que se presentó el periodo de lluvias, que

a mantenido los paneles limpios hasta la fecha.

Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento

a la Universidad Tecnológica de Bahía de

banderas por las facilidades otorgadas para la

realización del presente trabajo y a los

integrantes del cuerpo académico de Innovación

y Aplicación Tecnológica, por los comentarios

y sugerencias que permitieron la mejora del

artículo.

Referencias

Ali Al Shehri, B. P. (2016). Impact of dust

deposition and brush-based dry cleaning on

glass. Solar Energy, journal homepage:

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Aparicio, M. P. (2010). Energía Solar

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Asociación de la industria fotovoltaica. (2010).

Sistemas de Energía Fotovoltaica Manual del

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114


Simulación numérica de un intercambiador de calor terrestre vertical tipo “U”

usando condiciones de frontera de zona costera

COLORADO-GARRIDO, Darío†*, ANTONIO-GONZÁLEZ, Vicente, SILVA-AGUILAR, Oscar y

HERRERA-ROMERO, J.Vidal.

Universidad Veracruzana, Lomas del estadio s/n, Edificio «A», 3er. Piso, C.P. 91000.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

El presente trabajo aborda la simulación numérica de un

intercambiador de calor terrestre, basada en la

formulación matemática de ecuaciones gobernantes de

flujo (ecuación de continuidad, ecuación de movimiento,

ecuación de energía) y la ecuación de transferencia de

calor en elementos sólidos. Estas ecuaciones requieren

información de propiedades termo-físicas del fluido, del

material, y de la tierra; para este caso se utilizó como

condición de frontera un perfil de temperatura de la tierra

con datos que fueron medidos en la Universidad

Veracruzana Campus Coatzacoalcos (latitud 18°08’39”

N, longitud oeste 94°28'36” y altitud 10 msnm).

Difusividad, volume de control, profundidad

Abstract

Among the various factors that affect the energy

produced a detailed numerical simulation of a ground

heat exchanger assuming the mathematical formulacion

of the governing ecuations (continuity, momentum and

energy) and the energy balance in the wall has been

carried out. This formulation requires the use of termo-

physical properties, material properties and the ground; in

this case, the experimental temperature profile in the

ground were measured at Universidad Veracruzana,

Coatzacoalcos campus (latitude 18°08’39” N, longitude

west 94°28'36” and altitude 10 msnm).

Diffusivity, control volumen, depht

___________________________________________________________________________________________________

Citación: COLORADO-GARRIDO, Darío, ANTONIO-GONZÁLEZ, Vicente, SILVA-AGUILAR, Oscar y HERRERA-

ROMERO, J.Vidal. Simulación numérica de un intercambiador de calor terrestre vertical tipo “U” usando condiciones de

frontera de zona costera. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 114-122

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454


COLORADO-GARRIDO, Darío, ANTONIO-GONZÁLEZ, Vicente,

SILVA-AGUILAR, Oscar y HERRERA-ROMERO, J.Vidal.

Simulación numérica de un intercambiador de calor terrestre vertical

tipo “U” usando condiciones de frontera de zona costera. Revista de


115


Introducción

El presente trabajo muestra el modelado teórico

y simulación numérica de un intercambiador de

calor terrestre usando un perfil de temperaturas

medido en una zona costera. En este caso, el

intercambiador de calor terrestre tiene la

capacidad de aprovechar la capacidad calorífica

y la temperatura relativamente estable del

subsuelo con el propósito de enfriar agua,

transfiriendo calor desde el fluido al subsuelo.

El intercambiador de calor terrestre está

conformado por dos tubos verticales paralelos,

unidos en los extremos inferiores por un retorno

en forma de “U”. Por un tubo entra el fluido,

mientras que por la unión en un U es re-

direccionado al otro tubo hasta la salida del

fluido al extremo contiguo.

Acerca de los trabajos reportados en la

literatura de intercambiadores de calor terrestres

podemos enfatizar los siguientes. De acuerdo

con Florides y Kalogirou (2008) es importante

tener el conocimiento sobre la distribución de la

temperatura del subsuelo alrededor de las

tuberías del intercambiador de calor terrestre. El

estudio fue realizado con condiciones de

Chipre, donde la temperatura de la tierra es

siempre más fresca en el verano y más caliente

en el invierno. Ally et al. (2015) presenta el

estudio de un intercambiador de calor acoplado

a un sistema convencional de calentamiento de

agua, obteniendo un aumento en la temperatura

del fluido de 37.8 °C a 49 °C. Pu et al. (2014)

investigó el efecto que tiene el número de

Reynolds, el diámetro de la tubería y diferentes

configuraciones en la instalación de los

intercambiadores de calor terrestres. El estudio

presentado es validado por pruebas

experimentales de respuesta térmica del suelo.

Los Autores presentan dos

simulaciones, una física del modelo de

instalación con el software GAMBIT y otra en

el software ANSYS FLUENT 14.0 para

calcular el campo de flujo, temperatura, presión

y transferencia de calor entre el fluido y el

suelo.

En el intercambiador de calor terrestre

se presentan fenómenos físicos como los son:

conducción en la tubería, convección y pérdida

de carga del fluido. El presente trabajo tiene

como objetivo desarrollar un modelo

computacional basado en las ecuaciones

gobernantes de continuidad, cantidad de

movimiento y energía que describen la

fenomenología de un intercambiador de calor

terrestre. Lo anterior con la finalidad de ayudar

a ingenieros e investigadores en el futuro

diseño, construcción, optimización y control de

esta clase de sistemas.

Determinación del perfil de temperaturas y

propiedades termo-físicas de la tierra

Para la determinación del perfil de temperaturas

en el subsuelo se instalaron a diferente

profundidad del subsuelo sensores de

temperatura tipo T (cobre–constantán) para un

intervalo de temperaturas de 0 a 350 °C, con

una exactitud de ± 0.5 °C calibrados con un

equipo AMETEK modelo CTC-140 a rango de

-30 °C a 140 °C. El error de calibración fue

calculado en un orden de ± 0.02 °C; la captura

de datos se realizó mediante un adquisidor de

Agilent modelo 34972A.

ISSN-2410-3454







116


Las mediciones fueron realizadas en la

Universidad Veracruzana Campus

Coatzacoalcos, latitud 18°08’39” N, longitud

oeste 94°28'36” y altitud 10 msnm. En la Figura

1 se muestra el perfil de temperaturas del

subsuelo, hasta una profundidad de 1m.

Figura 1 Perfil de temperatura en el subsuelo.

La Figura 1 muestra el perfil

geotérmico, donde la temperatura se mantiene

relativamente constante a profundidades

mayores a 0.8m.

La difusividad térmica del suelo, se

determinó “in situ” por el método armónico de

desfase de onda térmica, utilizando la regresión

lineal en la determinación de la profundidad a

la cual la temperatura superficial y la

temperatura en el subsuelo se desfasan del ciclo

un periodo completo. La ecuación 1 fue

utilizada para el cálculo de la difusividad

térmica del suelo.

(1)

Donde es la difusividad en (m2/s),

es la profundidad a la que se desfasa la onda un

ciclo completo (m) y es el periodo (s).

La densidad y calor especifico del

subsuelo, fueron determinadas en laboratorio y

la conductividad térmica fue calculada a partir

de la ecuación 2 de difusividad térmica .

(2)

Modelo matemático

A continuación de describen las ecuaciones

gobernantes que explican la transferencia de

calor y fluido-dinámico del fluido de trabajo en

el intercambiador de calor terrestre y la

formulación matemáticas asumida para el

elemento solido (pared).

Transferencia de calor y fluido-dinámico del

flujo

De acuerdo a García-Valladares (2004), un

volumen de control (VC), Figura 2, es un

volumen finito que delimita un espacio físico

correspondiente a zonas parciales o globales de

la unidad térmica. Para la formulación de

ecuaciones que gobiernan a este sistema en

flujo, se resuelven las ecuaciones de

continuidad, cantidad de movimiento y energía

de cada VC. La solución de las ecuaciones

gobernantes para una sola fase es descrita en

Colorado et al. (2011).

Las hipótesis que se asumen para la

formulación de este modelo son:

- Flujo unidimensional.

- Fluido puro (agua).

- Se desprecia la transferencia de calor

por radiación.

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117


- Fluidos Newtonianos.

- Diámetros y rugosidades constantes en

la tubería

Figura 2 Volumen de control en una tubería con flujo

masico descendente.

Las ecuaciones diferenciales ordinarias

que describen el comportamiento fluido-

dinámico y térmico del fluido de trabajo dentro

del intercambiador de calor terrestre son

descritas a continuación.

El flujo másico a la salida del volumen

de control es obtenido mediante la

discretización de la ecuación de Continuidad:

(3)

Donde es el paso temporal fijado, es

la densidad del fluido de trabajo y el área de

sección de pasaje.

Una vez calculado el flujo másico a la

salida, la velocidad del líquido es calculado

como:

(4)

La discretización de la ecuación de

Movimiento, permite encontrar la presión de

salida:

(5)

Donde es el factor de friccion tipo

Darcy, g la gravedad y es el angulo de

inclinación del tubo.

La temperatura a la salida es obtenida

restando la ecuación de continuidad

multiplicada por la energía específica en el

centro del volumen de control a la ecuación de

Energía:

(6)

Donde:

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118


Ecuación de energía de la pared interior

El tubo o pared del intercambiador de calor

terrestre es modelado de acuerdo a las

siguientes hipótesis con el objetivo de

desarrollar la ecuación de conducción de calor,

- se asume una distribución de

temperaturas unidimensional

- se desprecia el calor intercambiado por

radiación.

Un volumen de control característico se

muestra en la figura 3 donde P es el nodo

central, E y W los nodos vecinos, siendo “e”,

“w”, “n”, “s”, las caras del volumen de control

Figura 3 Flujo de calor en elementos solidos.

Integrando la ecuación de la energía sobre

el volumen de control mostrado en la figura 3,

se obtiene la siguiente ecuación:

(7)

Donde el flujo de calor se ha evaluado

a partir de su respectivo coeficiente superficial

de transferencia de calor en convección libre o

forzada y los flujos de calor por conducción se

avalúan a partir de la ley Fourier, esto es:

Para la integración temporal de las

ecuaciones gobernantes se han hecho servir un

esquema numérico de tipo implícito. Los

términos de las ecuaciones gobernantes se

discretizan mediante la siguiente aproximación:

, donde ϕ representa una

variable dependientemente genérica (ϕ= T, h, λ,

ρ,…). Los valores medios sobre un volumen de

control se ha estimado como la media

aritmética entre las secciones de entrada y

salida, esto es: . Las

propiedades físicas medias se evalúan a sus

correspondientes variables medias.

Aplicando las aproximaciones numéricas

antes mencionadas, se puede obtener una

ecuación para cada nodo:

(8)

Donde los coeficientes son:

Donde es el coeficiente de

transferencia de calor por convección en el

fluido de trabajo y es el perímetro.

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119


Coeficientes empíricos para las ecuaciones

gobernantes

El modelo matemático requiere información

sobre el factor de fricción y el coeficiente

convectivo de transferencia de calor para

resolver la ecuación de cantidad de movimiento

y la ecuación de energía, respectivamente. Esta

información es generalmente obtenida de

correlaciones empíricas.

La correlación para el cálculo del factor

de fricción para flujo en una sola fase es

evaluada utilizando la expresión de factor de

fricción en régimen laminar y para el flujo

turbulento la propuesta por Ito (1959),

mostradas en las ecuaciones 9 y 10,

respectivamente.

(9)

(10)

Donde es el número de Reynolds.

La correlación para el cálculo del

coeficiente de transferencia de calor para el

flujo en una sola fase es calculando utilizando

las ecuaciones de Nusselt y Dittus- Boelter

(1930), para flujo laminar calculada apartir de

la ecuacion (11) y para flujo turbulento con la

ecuación (12).

(11)

(12)

Donde:

, si la Tpared> Tfluido

, si la Tpared< Tfluido

y es el numero de Nusselt.

Solución de ecuaciones gobernantes

La solución de las ecuaciones gobernantes ha

sido acoplada a un método llamado paso a paso.

El dominio del intercambiador de calor terrestre

es dividido en volúmenes de control. El proceso

de solución es llevado de la forma antes

mencionada en la dirección del flujo. De

valores conocidos a la entrada de la sección y

teniendo definidas las condiciones de contorno,

los valores de dichas variables a la salida del

volumen de control son obtenidas a partir de la

discretización de las ecuaciones gobernantes

(ecuación de continuidad, ecuación de

movimiento y ecuación de energía). Una vez

obtenida la solución a la salida del volumen de

control, ésta se convierte en los valores de

entrada para el siguiente volumen de control.

Este procedimiento se sigue hasta el final del

dominio. Las propiedades termo-físicas del

fluido de trabajo (densidad, capacidad

calorífica, etc) para la solución de ecuaciones

gobernantes fueron calculadas por Steam 1997

(IAPWS-IF97) presentado por Holmgrem

(2007).

Para cada volumen de control se obtiene

un conjunto de ecuaciones algebraicas a partir

de las ecuaciones gobernantes (3, 5, 6 y 8).

Resultados y discusión

De acuerdo con el perfil geotérmico mostrado

previamente (ver Figura 1) la temperatura no

presenta variaciones significativas a

profundidades mayores a 0.8 m. Las

temperaturas durante el día y la noche

convergen, por tal motivo, en el presente

trabajo se considera suficiente el corto periodo

de mediciones de temperaturas a profundidades

de 1, 2 y 3 m

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120


Gráfico 1 Distribucion de temperaturas de la tierra

medidas hasta una profundidad de 3 metros.

El gráfico 1 muestra la distribución de

temperaturas en la tierra, 60 mediciones cada 5

segundos fueron registradas. Para cada

profundidad medida, fueron instalados 7

sensores de temperatura localizados 2 a 0

metros de la entrada del ICT, 2 a 1 metro de

profundidad, 2 a 2 metros y 1 a 3 metros,

adjuntos al tubo del intercambiador geotérmico

de entrada y salida.

La conductividad térmica calculada para

el suelo arenoso y húmedo de la Universidad

Veracruzana Campus Coatzacoalcos, fue de

3.065 W/ m °C.

Con el objetivo de tener valores para cada

nodo requerido por el algoritmo de resolución

se realizó un análisis con diferentes tipos de

interpolaciones. Se analizaron 3 tipos de

interpolación: lineal, spline y cubica. Los

resultados de las interpolaciones son mostrados

en el gráfico 2. De la cual se eligió la spline (es

una interpolación a trozos de grado definido y

con ciertas propiedades de derivabilidad), ya

que esta cuenta con la forma sinusoidal

comentada por los autores (Florides &

Kalogirou 2007). La interpolación se estimó

para ambos tubos. Los efectos de la curvatura

del tubo son despreciados en el presente

trabajo.

Gráfico 2 Interpolaciones de temperatura de tierra y

temperaturas experimentales desde la superficie hasta la

profundidas de 3m.

La Tabla 1 muestra los parámetros de

diseño seleccionados para el escenario

planteado del intercambiador de calor terrestre.

Parámetro

Materiales evaluados PVC, acero 316,

aluminio, cobre,

Diámetro Exterior 33.4 mm

Diámetro interior 30.4 mm

Longitud del tubo 6 m

Tentrada 40 °C

Pentrada atmosférica

Flujo volumétrico 0.68 m3 /hr

Tabla 1 Parámetros de diseño base del

intercambiador de calor terrestre.

Los datos de tabla 2 muestran los valores

de potencia entregada al subsuelo, estos son

medidos para la tubería de 1 pulgada de

diámetro nominal (DN).

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121


Para la tubería de diámetro nominal

(DN) 1 pulgada el PVC una potencia media de

1.3927 kW fue calculada, para el Acero 316L

una potencia media de 1.4029 kW,

considerando aluminio como material de

construcción la potencia media calculada fue de

1.5117 kW y por último asumiendo cobre se

estimó una potencia de 1.6011 kW. Esto es, el

incremento de flujo de calor simulado,

asumiendo al PVC de DN 1 pulgada como

caso base, con los materiales simulados con DN

1 pulgada, es el siguiente: usando PVC como

material del tubo se calculó un incremento de

0.73% considerando acero 316L. Un

incremento de 8.54% es calculado considerando

aluminio y un incremento de 14.96% es

estimado usando cobre como material de

construcción.

Tabla 2 Flujo de calor simulado usando temperatura de

tierra experimental como condición de frontera.

Los resultados muestran que la mayor

ganancia térmica con las mismas condiciones

de terreno y flujo másico fueron los obtenidos

con el cobre.

PVC

Tiempo 5s 120 s 300 s

T salida (°C) 38.2432 38.2482 38.2417

Flujo de calor

(kW)

1.3932 1.3893 1.3944

Acero 216L


T salida (°C) 38.2311 38.2361 38.2297

Flujo de calor

(kW)

1.4027 1.3988 1.4039

Aluminio


T salida (°C) 38.0919 38.0968 38.0904

Flujo de calor

(kW)

1.5122 1.5083 1.5134

Cobre


T salida (°C) 37.9782 37.9830 37.9767

Flujo de calor

(kW)

1.6016 1.5978 1.6028

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122


Conclusiones

Se desarrolló una herramienta computacional

asumiendo un análisis unidimensional de las

ecuaciones gobernantes (continuidad, cantidad

de movimiento y energía) en un intercambiador

de calor terrestre, con la finalidad de ayudar en

el diseño y optimización de esta clase de

equipos.

Se utilizaron datos experimentales de

temperatura de tierra como condiciones de

frontera para la solución del algoritmo. PVC,

acero, aluminio y cobre fueron considerados

como materiales de construcción, su desempeño

en el ICT vertical de tubo en U fue estimada.

Dentro de lo cual se concluye lo

siguiente:

- De los cuatro materiales simulados con

las mismas condiciones del caso base,

con diámetro nominal (DN) de 1

pulgada, el cobre es el que obtiene

mayor intercambio térmico con el

subsuelo. Obteniendo una potencia

media de 1.6011 kW.

- El incremento de flujo de calor en la

tubería DN 1 pulgada vs la tubería de

PVC (caso base) de DN 1 pulgada está

dada de la siguiente manera: acero =

0.73%, Aluminio = 8.54% y cobre =

14.96%.

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source heat pump system. Applied Thermal

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123


Análisis Termográfico y Propuesta de Mejoras para la Eficiencia Energética del

Edificio de Docencia #1

MAYORQUIN-ROBLES, Jesús†*, MEDINA-MUÑOZ, Luis, RODRÍGUEZ-SENDAY, José y

VILLALVAZO-LAUREANO, Efrain.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Este trabajo contiene información técnica y

resultados del diagnóstico energético realizado en el

inmueble de la Universidad Tecnológica de

Nogales-Edificio Docencia #1, ubicado en la ciudad

de Nogales, Sonora, México. Se contempla la

realización de un diagnostico energético, instalación

de registradores de parámetros eléctricos, análisis de

datos históricos de consumo y demanda facturada,

censos de carga, registros termográficos y de

luminotecnia. Esto con la finalidad de obtener

propuestas de mejoras basadas en los potenciales

ahorro identificados en los sistemas estudiados.

Termografía, Demanda Facturada,

Luminotecnia, Diagnostico Energético,

Parámetros Eléctricos

Abstract

This work contains technical information and results

of energy diagnosis made in the building of the

Technological University of Nogales - Teaching

Building # 1, located in the city of Nogales , Sonora

,Mexico.Conducting energy diagnostics ,

installation of electrical parameters recorders ,

historical data analysis and billed consumer demand

, freight surveys , thermographic records and

lighting is contemplated. This in order to obtain

proposals for improvements based on potential

savings identified in the systems studied.

Thermography, Demand Billed, Lighting,

Diagnostic Energy, Power Parameters

___________________________________________________________________________________________________

Citación: MAYORQUIN-ROBLES, Jesús, MEDINA-MUÑOZ, Luis, RODRÍGUEZ-SENDAY, José y VILLALVAZO-

LAUREANO, Efrain. Análisis Termográfico y Propuesta de Mejoras para la Eficiencia Energética del Edificio de Docencia

#1. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería 2016, 3-8: 123-129

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




ISSN-2410-3454


MAYORQUIN-ROBLES, Jesús, MEDINA-MUÑOZ, Luis,

RODRÍGUEZ-SENDAY, José y VILLALVAZO-LAUREANO,

Efrain. Análisis Termográfico y Propuesta de Mejoras para la

Eficiencia Energética del Edificio de Docencia #1. Revista de


124


Introducción

Ante la magnitud con la que se dejan sentir los

efectos del calentamiento global, generado por

las emisiones de los Gases de Efecto

Invernadero (GEI), que se reflejan en

fenómenos meteorológicos, pérdidas materiales

a causa de sequías e inundaciones, con los

consecuentes daños económicos y sociales,

resulta impostergable el diseño, adopción y

aplicación de medidas orientadas al uso

eficiente de la energía eléctrica y por tanto a la

disminución de emisión de contaminantes a la

atmósfera.

Es precisamente con este propósito que se

pretende trabajar plenamente comprometido en

logra metas que contribuyan al desarrollo

sustentable dentro de la institución y así mismo

a consolidar la estrategia nacional de transición

energética y aprovechamiento sustentable de la

energía, siempre con una actitud vinculante con

todos los sectores de la sociedad.

Planteamiento

Los análisis, mediciones y evaluaciones de los

principales equipos, sistemas y procesos

consumidores de energía en la Institución, han

permitido determinar la eficiencia energética y

las posibilidades de mejora, modernización y

ahorro de las mismas. A estos análisis,

evaluaciones y mediciones, cuando se realizan

de manera sistemática, objetiva y metodológica

se atribuye el nombre de ‘diagnósticos

energéticos’. Los diagnósticos energéticos

permiten determinar los potenciales de ahorro

de energía involucrados en los procesos.

Para llevar a cabo este análisis

energético se utilizó la termografía infrarroja, la

cual es una técnica no destructiva que permite

medir, a través de una cámara termográfica, la

temperatura de una superficie y localizar con

precisión las perdidas y demandas de energía;

por tanto con el empleo de esta técnica nos

ayudará a estudiar las propiedades energéticas o

niveles de aislamiento del edificio de docencia

# 1 de la Universidad Tecnológica de Nogales

Sonora Mexico.

El presente trabajo se mostrará

información técnica y resultados del

diagnóstico energético realizado a dicho

inmueble. El edificio analizado cuenta con

aulas de clase, oficinas para profesores y un

laboratorio de cómputo.

A continuación, en la figura 1 se

presenta la ubicación y orientación del

inmueble a través de una imagen satelital.

Figura 1 Imagen Satelital del Edificio

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125


Desarrollo

Diagnóstico Energético

Para iniciar el proceso de implementación de

ahorro de energía eléctrica, se debe llevar a

cabo una reunión de coordinación con los

reponsables de la superficion de la edificación a

la cual se le realizará el estudio. Esto con la

finalidad de poder identificar las características

principales sobre el comportamiento energético

de la institución, asi como también para tener

en cuenta el periodo de utilización de la energía

dentro del inmbueble.

Por tanto, será necesario un recorrido

preliminar por las instalaciones con el objetivo

de lograr una inspección visual de las áreas en

general, para así poder obtener un panorama

generalizado del estado energético y las

oportunidades de ahorro de energía eléctrica

existentes. Con el desarrollo de dicha actividad

se busca tener especial atención en los hábitos

de las personas que hacen uso del inmueble, el

estado general de los equipos, la antigüedad de

los mismos, el nivel de iluminación de las

áreas, entre otras cosas adicionales.

Para estimar el uso de la energía

eléctrica en la edificación estudiada y

determinar las mediciones que posteriormente

se realizaran, fue necesario representar datos

históricos de demanda eléctrica facturada de al

menos los 2 ultimos años, para evaluar el

comportamiento energético del usuario y

detectar patrones de consumo, tal y como lo

muestra el Gráfico 1 y la Tabla 1.

Gráfico 1 Demanda Facturable

Tabla 1 Datos de Demanda Facturable en kWh

Por otra parte tenemos los datos

arrojados del comportamiento histórico del

consumo, los cuales están ilustrado en la

siguiente Gráfica 2 y Tabla 2.

Gráfico 2 Consumos

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126


Tabla 2 Datos de consumos

Análisis Termográfico

Con la ayuda de la termografía, la cual es una

herramienta basada en el estudio de la

temperatura de los equipos e instalaciones de

una empresa sin interrumpir su ciclo de

producción. Normalmente los problemas en los

equipos, se evidencían por las alteraciones en

su temperatura.

Hay que tener en cuenta que para

obtener un buen estudio general de la calidad

del servicio eléctrico es fundamental el

diagnóstico energético, es por ello que se deben

verificar los problemas causados por las

posibles variaciones significativas de corriente

y tensión, ocasionadas por el envejecimiento de

los equipos eléctricos por sobrecalentamiento

en motores, tableros eléctricos, transformadores

e iluminación.

Es por ello que se utilizó un registro

termográfico de la subestación de la

edificación, la cual se muestra en la siguiente

Fig.2, la cual muestra las condiciones de

operación de la misma.

Figura 2 Termografía a Transformador de Edificio

La termografía realizada al

transformador del edificio, arrojó que la

temperatura del mismo está cercana a los 40°C.

Estar cerca o por debajo de este nivel de

temperatura asegura su buen funcionamiento y

evita la degradación de éste.

Ademas, se observó que la capacidad

del transformador instalado es la suficiente para

suministrar las necesidades energéticas de la

institución. Se encontró un transformador en

total que alimenta el edificio, con una

capacidad de 300 kVA que se muestra en la

Fig. 3.

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127


Figura 3 Transformador de Pedestal de 300 kVA

Tambien se detectó que las fases del

sistema se encuentran desbalanceadas, lo cual

no es benéfico para el funcionamiento óptimo

del transformador.

Por último, se estima que el porcentaje

de utilización para el transformador, oscila

entre un 20.57%, lo cual determina que nuestra

subestación no se encuentra sobrecargada.

Continuando con el estudio

termográfico del edificio, se procedió a realizar

el análisis a los tableros eléctricos de

distribución, los cuales se muestran en la Fig. 4.

Dando como resultado un desbalanceo en las

líneas, por lo que se puede apreciar en las

imágenes.

Figura 4 Termografia de Tablero de Distribucion

Tambien se tomaron imágenes de los

puntos más críticos del edificio, para poder

identificar los puntos de sobrecalentamiento, y

asi poder hacer una evaluación del sistema de

climatización y refrigeración, ayudando con

esto en la eficiencia de los mismos y en el

ahorro energético del inmueble. Por lo que se

obtuvieron los siguientes resultados, en las Fig.

5 y 6 mostradas a continuación.

Figura 5 Termografia de Aspectos Criticos del Edificio.

ISSN-2410-3454







128


Figura 6 Termografia de Aspectos Criticos del Edificio.

Resultados

Las deducciones de la investigación, muestran

que después de haber aplicado el estudio

termográfico y de acuerdo a las figuras

mostradas anteriormente, determinamos lo

siguiente:

- Transformador en estado óptimo de

funcionamiento y sin sobrecarga.

- Tableros de distribución un tanto

desbalanceados, por lo que será

necesario realizar un próximo estudio de

balanceo de carga que ayude a

solucionar dicho problema.

- En cuando a las condiciones críticas del

edificio, se encontró con que los

parasoles del inmueble protegen

solamente a los ventanales superiores,

mientras que los inferiores se

encuentran desprotegidos, provocando

una entrada excesiva de calor

ocasionado un consumo extra de energía

electrica de las unidades de aire

acondicionado.

Recomendaciones

De acuerdo al análisis realizado previamente, se

determinan las recomendaciones de ahorro de

energía siguiente:

- Se tiene que colocar un buen aislante

térmico que ayude a los sistemas de aire

a mantener una temperatura de confort

dentro del local.

- Instalar sistemas de sombreado en

ventanas para bloquear la introducción

del calor solar al interior del edificio.

- En cuanto a la iluminación se refiere se

recomienda sustituir lámparas T12 por

lámparas T8 o T5 con balastro

electrónico.

- En cuanto a los equipos de refrigeración

se refiere, se recomienda seccionar los

espacios a refrigerar y aislarlos

térmicamente para tener una mejor

conservación de la temperatura deseada

dentro de los espacios, asi como

también sustituir los equipos con

atiguedad de mas de 10 años por

unidades con tecnología Inverter.

- Instalacion de variadores de velocidad

en motrores utilizados para sistemas de

bombeo.

En la mayoría de las ocasiones en

cuanto al ahorro energético, radica en poder

lograr educar y crear conciencia en las personas

acerca de la importancia en el cuidado de la

energía.

ISSN-2410-3454







129


Conclusiones

La eficiencia energética es una tendencia

necesaria debido al impacto ecológico que

representa el gasto innecesario de la energía, y

más en especial la energía eléctrica. De esta

manera con la implementación de la tecnología

termográfica desarrollada en este artículo se

puede contribuir para alcanzar el éxito en

cuanto a la eficiencia energética de las

edificaciones. Asi como también permite

ahorrar costes, reducir fallas y prolongar la vida

útil de los equipos localizados dentro del

inmueble. Sin lugar a dudas el análisis realizado

resultó una opción viable y rentable para las

intenciones iniciales acerca del ahorro

energetico del edificio.

Referencias

Cfe.gob.mx. (2016). Reglamento de la Ley del

Servicio Público de Energía Eléctrica. [online]

Available at:

http://sisproter.cfe.gob.mx/sisproter/documento

s/regla_lspee.pdf [Accessed 30 Sep. 2016].

Cfe.gob.mx. (2016). Normas de distribución.

[online] Available at:

http://www.cfe.gob.mx/Industria/InformacionC

liente/Paginas/Normas-de-distribucion.aspx

[Accessed 30 Sep. 2016].

Dof.gob.mx. (2016). DOF - Diario Oficial de la

Federación. [online] Available at:

http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=507

6393&fecha=30/12/2008 [Accessed 30 Sep.

2016].

Fide.org.mx. (2016). Consejos de Ahorro.

[online] Available at:

http://fide.org.mx/index.php?option=com_conte

nt&view=category&layout=blog&id=65&Ite%

20mid=235 [Accessed 30 Sep. 2016].

Dof.gob.mx. (2016). DOF - Diario Oficial de la

Federación. [online] Available at:

http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=516

3735&fecha=19/10/2010 [Accessed 30 Sep.

2016].

130


Tabique aislante sustentable

CRUZ-CAMARGO, Pedro†* y DOMÍNGUEZ-NORIEGA, Alonso.


___________________________________________________________________________________________________

Resumen

En la actualidad los métodos de construcción han estado

evolucionando y se busca obtener nuevos materiales de

construcción de viviendas y edificios buscando que sean más

amigables con el medio ambiente e impactando positivamente

en el bolsillo de consumidor, sabiendo que ya existen bastantes

productos que se utilizan para la construcción de viviendas y

edificios y sabiendo que no todos impactan favorablemente al

ambiente y la economía, buscamos crear un producto que

cumpla con los requerimientos de contribuir favorablemente al

medio ambiente al utilizar material que ya es desperdicio y

reciclarlo para crear un tabique sustentable que favorece la

economía del consumidor al ser un producto aislante, además

que este tabique no requiere ser quemado en hornos que

generan una gran contaminación. Estos tabiques sustentables

son realizados con una mezcla de celulosa en y otros materiales

amigables con el medio ambiente y no dañan los ecosistemas al

momento de procesar este producto. En este proyecto se utilizó

tecnología termografía como parámetro de eficiencia térmica, al

realizarle pruebas y compararlo con otros productos similares

que se utilizan en la región noroeste del país, dando como

resultado que el tabique aislante sustentable presento mejores

resultados.

Tabique, Sustentable, Construcción, Termografía

Infrarroja, Medio Ambiente

Abstract

At present the methods of construction have been evolving and

one seeks to obtain new materials of construction of housings

and buildings looking that are more amicable with the

environment and affecting positively the consumer's pocket,

knowing that already there exist enough products that are in use

for the construction of housings and buildings and knowing that

not they all strike favorably to the environment and the

economy, we seek to create a product that expires with the

requirements of contributing favorably to the environment on

having used material that already is a waste and to recycle it to

create a sustainable partition that favors the economy of the

consumer to the being an insulating product, besides the fact

that this partition does not need to be burned in ovens that

generate a great pollution. These sustainable partitions are

realized by a cellulose mixture in and other amicable materials

by the environment and do not damage the ecosystems to the

moment to process this product. In this project technology was

in use thermography as parameter of thermal efficiency, on tests

having fulfilled him and to compare it with other similar

products that are in use in the region northwest of the country,

giving as result that the insulating sustainable partition I

present better results.

Partition, Sustainable Development, Construction, Infrared

Thermography, Environment

___________________________________________________________________________________________________

Citación: CRUZ-CAMARGO, Pedro y DOMÍNGUEZ-NORIEGA, Alonso. Tabique aislante sustentable. Revista de


___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________




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CRUZ-CAMARGO, Pedro y DOMÍNGUEZ-NORIEGA, Alonso.

Tabique aislante sustentable. Revista de Aplicaciones de la Ingeniería

2016

131


Introducción

El ahorro de energía eléctrica es de gran

importancia, por un lado se reduce la emisión

de contaminantes al medio ambiente y por el

otro se genera un ahorro en el gasto familiar

El ahorro que se está planteando es

fundamentado en la utilización de un tabique

fabricado a base de papel de desperdicio con

propiedades aislantes, para ser usado en

sistemas constructivos de viviendas o

comercios, obteniendo los siguientes

beneficios:

- Ahorra costos de energía e instalación.

- Baja conductividad térmica.

- Doble uso: aislante y elemento de

construcción.

- Buena resistencia.

- Fácil aplicación (igual que en tabique

común).

Se crea valor para todos aquellos jefes o

jefas de familia de un nivel socioeconómico

bajo a medio que buscan mantener sus espacios

con un clima confortable y ahorrar energía

eléctrica construyendo sus viviendas con este

tabique sustentable. El producto ofrecido está

enfocado a un segmento mixto, tanto a

viviendas como a empresas dedicadas a la

construcción, en donde se pueda usar el

producto. La zona de influencia son las

regiones áridas y semiáridas de los estados de

Sonora y Baja california, sin limitarse a otros

estados.

Las características principales son:

Producto novedoso.

Precio bajo.

Ecológico, hecho a base de papel de

desperdicio.

Reducción de consumo de energía

eléctrica.

Pegado similar al común.

Fabricantes locales.

No propaga el fuego.

¿Qué me diferencia tiene de la

competencia?

Precio Bajo, (se construye y aisla)

Ahorro de energía eléctrica al usarlo en

muros de viviendas.

Producción propia y local.

Ecológico.

No daña el medio ambiente ni la salud

en su producción ya que no requiere hornos

para el curado, este se cura al medio ambiente

Fundamentado en lo antes descrito la

solucion a esta problemática se basa en la

producción de un tabique térmico, encauzando

de una forma autosustentable el papel de

desperdicio y reduciendo el impacto negativo al

ambiente.

ISSN-2410-3454




2016

132


Otra problemática que se presenta son

las grandes cantidades de contaminación al

ambiente por la utilización de hornos de

quemado en la fabricación del tabique

tradicional (Figura 1), afectando de gran

manera la salud de los habitantes de esa zona.

Figura 1 Contaminación ambiental y visual del lugar de

fabricación del tabique tradicional.

Desarrollo y Análisis del Tabique Aislante

Sustentable.

La normatividad de la Organismo Nacional de

Normalización y Certificación de la

Construcción y Edificación, S.C. (ONNCCE)

tiene como propósito contribuir a la mejora de

la calidad de los productos, procesos, sistemas

y servicios.

Para el estudio del tabique Aislante

Sustentable se basa en la norma NMX-J-C-I-

489-ANCE-ONNCCE-NYCE-2014

estableciendo los requisitos para el diseño,

construcción y operación de las edificaciones

sustentables y energéticamente eficientes

denominadas centros de datos de alto

desempeño (CDAD).

Entre los requisitos de esta norma se

incluyen, los criterios:

De diseño, construcción y operación que

aseguren la eficiencia energética y

sustentabilidad.

Que establecen el balance de los riesgos

y enfocan las oportunidades en el uso de la

tecnología de información.

Para el uso de:

Materiales y equipos que incluyan un

estudio de análisis del ciclo de vida.

Una métrica de eficiencia energética.

Las mejores prácticas de instalación de

los sistemas involucrados.

Un sistema de clasificación de los

centros de datos que integren los temas de:

sustentabilidad, eficiencia energética,

gobernabilidad, riesgo y cumplimiento

Esta norma mexicana es aplicable a las

edificaciones especializadas que alberguen

CDAD y que se ubiquen en territorio nacional,

públicas o privadas; en conjunto de edificios

urbanos y sus obras exteriores, nuevas o usadas

parcialmente o en la totalidad de su superficie y

en cualquier modalidad: en operación,

construcción nueva, remodelación,

reestructuración y ampliación.

El requisito de estudio que se analizara

es el de métricas de eficiencia energética en los

tabiques, con el propósito de conocer la

disipación de calor que este producto tiene.

Datos técnicos del producto.

El producto que se está manejando para su

estudio (Tabique Aislante Sustentable), tiene

las siguientes características:

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2016

133


Medidas promedio: 5in * 2.5in * 10in lo

cual tiene un volumen promedio de 125 in3,

quitando el hueco del tabique de medidas

promedio de 1.5in * 5.5in * 0.5in, (Figura 2). El

Tabique Aislante Sustentable tiene un volumen

promedio total de 120.87 in3.

Convirtiendo estas medida al sistema

internacional se obtiene un volumen de

0.00198070443 m3.

Figura 2 Medición de Tabique Termico.

Este producto tiene un peso promedio de

2.18kg, los cuales son 21.3785 newton que

convirtiéndolo a masa el material tiene una

densidad de 1100.19 kg/m3.

Comparado con el producto típico de

construcción en esta región (Tabique tradicional

de Arcilla) este tiene un volumen de

0.00171605 m3

que también es igual a 104 in3,

con un peso de 2.03 kg. El material tiene una

densidad de 1182.94 kg/m3.

Por lo tanto la construcción de 1m2 de tabique

aislante sustentable es de menor peso que la de

1m2 de tabique típico en un 7%.

Se le tomaron imágenes termografiacas

con equipo especializado (Figura 3), esto sivio

para tomar temperaturas y observar el

comportamiento térmico del los tabiques

(figura 5, figura 6), dandonos las métricas de

los productos.

Métrica de eficiencia energética.

Según la norma NMX-J-C-I-489-ANCE-

ONNCCE-NYCE-2014 establece que se debe

tener una métrica, la cual será la disipación de

calor con respecto al tiempo.

El tabique térmico se expuso a una

temperatura de 0 oC, exponiéndolo a una

temperatura ambiente de 26.4 oC, disipando

calor del punto más caliente al más frio

comportándose como muestra el grafico 1. Las

lecturas de la prueba se tomaran cada 5 min

para tener el parámetro del tiempo. En el

grafico 1 y 2, figura 5 y 6, podemos observar el

comportamiento.

De igual manera en la siguiente prueba

el tabique térmico se expuso a una temperatura

de 197 oF, exponiéndolo a una temperatura

ambiente de 26.4 oC, disipando calor del punto

más caliente al más frio comportándose como

muestra el grafico 1. Las lecturas de la prueba

se tomaran cada 5 min para tener el parámetro

del tiempo. En el grafico 1 y 2, figura 5 y 6,

podemos observar el comportamiento.

Inclusión de Graficos, Figuras y Tablas

Figura 4 Medición de Tabique Termico.

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134


Figura 3 Camara termografica.

Gráfico 1 Temperatura de disipación con respecto al

tiempo a 0 oC (tabique comun).

Figura 5 Comportamiento térmico del tabique común

con respecto al tiempo sometido a 0 oC.

Temperaturas de tabique comun con respecto al

timpo

Maxima Minima Tiempo de disipacion

81.5 36.8 0

79.4 44.9 5

81.3 47.3 10

77 51.9 15

74.7 54.3 20

80.7 57.3 25

77.4 59 30

76.4 61.3 35

77.7 64.1 40

81.5 65.6 45

81.3 67.2 50

78.9 68.7 55

78.8 69.2 60

Nota: Temperatura en Fahrenheit y tiempo en

minutos

Tabla 1 Comportamiento de la temperatura máxima y

minina con respecto al tiempo a 0 oC (tabique comun).

Grafico 2 Muestra la temperatura de disipación con

respecto al tiempo a 0 oC (tabique aislante sustentable).

Figura 6 Comportamiento térmico del tabique Aislante

Sustentable con respecto al tiempo sometido a 0 oC.

0 20 40 60 80

36,8

47,3

54,3

59

64,1

67,2

69,2

Timpo en Minutos

Tem

pe

ratu

ra e

n F

ahre

nh

eit

0 20 40 60 80

34,3

38,5

41,4

46

51,3

54,7

56,8

Tiempo en Minutos

Tem

pe

ratu

ra e

n

Fah

ren

he

it

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135


Temperaturas de tabique Aislante con respecto al

timpo

Maxima Minima Tiempo de disipación

81.7 34.3 0

82 37.3 5

82.2 38.5 10

82 40 15

82.1 41.4 20

82 44.5 25

82.1 46 30

80.9 48.1 35

77.9 51.3 40

82 53.2 45

81.4 54.7 50

82.7 56.7 55

80.6 56.8 60

Nota: Temperatura en Fahrenheit y timpo en minutos


minina con respecto al tiempo a 0 oC (tabique aislante

sustentable).

Figura 7 Comportamiento térmico del tabique común

con respecto al tiempo sometido a alta temperatura

Temperaturas de tabique comun

con respecto al timpo

Maxima Tiempo de disipacion

195.9 0

185.3 5

178.1 10

162 15

157.4 20

149.4 25

148.1 30

144.3 35

133.6 40

132.1 45

131.8 50

130 55

129.6 60

Nota: Temperatura en Fahrenheit y timpo en

minutos


minina con respecto al tiempo sometido a alta

temperatura (tabique comun).

Grafico 3 Temperatura de disipación con respecto al

tiempo sometido a alta temperatura (tabique comun).

Figura 8 Comportamiento térmico del tabique Aislante

Sustentable con respecto al tiempo sometido a alta

temperatura.

0 20 40 60 80

195,9

178,1

157,4

148,1

133,6

131,8

129,6

Timpo en Minutos

Tem

pe

ratu

ra e

n F

ahre

nh

eit

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136


Temperaturas de tabique Aislante

con respecto al timpo

Maxima Tiempo de disipacion

197 0

180.5 5

170.7 10

156.7 15

151 20

143.1 25

141.1 30

139.3 35

130.9 40

129.1 45

127.8 50

125.9 55

124.6 60

Nota: Temperatura en Fahrenheit y timpo en

minutos


minina con respecto al tiempo sometido a alta

temperatura (tabique aislante sustentable).

Grafico 4 Temperatura de disipación con respecto al

tiempo sometido a alta temperatura (tabique aislante

sustentable).

Para el uso de Ecuaciones, señalar de la

siguiente forma:

Una parte del calor en el producto de

estudio es reflejado por la misma naturaleza del

material y otra es absorbida (calor específico).

Por lo que el propósito de este estudio es

determinar el calor que se absorbió por el

material y disipado por el mismo.


La técnica utilizada para este estudio es la

Termografía Infrarroja, en donde podemos

identificar las zonas de concentración de calor

en el material de estudio tenido resultados

visuales y cuantitativos.

Esta técnica de análisis permite

controlar, de forma continua o periódica, el

estado de calentamiento de un material,

comparándola a un estado normal o un valor

preestablecido. Es importante recordar que solo

permite visualizar el nivel calórico de una

superficie mediante la radiación térmica

considerada en la medición. Algunos

parámetros como el viento en la superficie,

influyen en las mediciones, en particular sobre

las superficies expuestas al exterior, como los

trasformadores eléctricos, fachadas de edificios,

etc. El efecto de almacenamiento de la

radiación infrarroja solar es casi nulo por la

mañana, lo que no ocurre al final de la tarde por

el tiempo que el material ya se expuso dicha

radiación. (Souris, 1992, pag. 111)

La termografía infrarroja no solo sirve

para buscar fallos, también puede ayudar a la

construcción de instalaciones de equipos o de

productos térmicamente equilibrados. Puede ir

desde la definición óptima de la conductividad

térmica del palo de un bombón helado hasta la

puesta a punto de una plancha o el ajuste de las

presas que realizan piezas plásticas

termomoldeadas. (Souris, 1992, pag. 114)

0 20 40 60 80

197

170,7

151

141,1

130,9

127,8

124,6

Tiempo en Minutos

Tem

pe

ratu

ra e

n

Fah

ren

he

it

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2016

137


Para el estudio termografico se utilizó el

equipo de la figura No. 2 y el software

SmartView 3.5 donde se analizaron las

imágenes capturadas del material (Tabique

Aislante Sustentable, fig 1), y se obtuvieron los

resultados.

Resultados

Se produce tabique térmico para la construcción

de muros en viviendas o comercios que

requieran mantener sus espacios en una zona de

confort y al mismo tiempo ahorrar en el

consumo de energía eléctrica.

Podemos observar el comportamiento

térmico de los productos de estudio así se

obtuvo métricas de comparación de los

tabiques, comprobando que para zonas de altas

temperaturas, el tabique aislante sustentable es

de gran ayuda por la disipación de calor que

tiene este.

Las tablas y gráficos que se muestran en

el documento, observamos el comportamiento y

la métrica que nos sirve como parámetro para

hacer cumplir con este punto de la norma

NMX-J-C-I-489-ANCE-ONNCCE-NYCE-

2014.

De igual manera hay una canalización

de una forma autosustentable para el papel de

desperdicio.

Las ventajas del producto son:

- Se reduce el impacto negativo al ambiente, al

reutilizar material de desperdicio, así como se

agrega valor del aislamiento.

-Fabricado con materiales de desecho.

-Apoya en la reducción del consume de energía

eléctrica.

-Económico

-Fácil pegado con pasta del mismo material o

mortero común.

-No propaga el fuego.

-Económico.

-Puede ser usado en obra nueva,

remodelaciones o ampliaciones.

Agradecimiento

El proyecto de Tabique Aislante Sustentable

fue desarrollado con ayuda de la Universidad

Tecnológica de San Luis Río Colorado, en el

estado de Sonora por proporcionarlos las

herramientas tecnológicas para poder realizar

este estudio de una manera satisfactoria.

Conclusiones

Estamos creando valor para todos aquellos jefes

o jefas de familia de un nivel socioeconómico

bajo a medio que buscan mantener sus espacios

con un clima confortable y ahorrar energía

eléctrica construyendo sus viviendas con este

tabique sustentable. El producto que ofrecemos

está enfocado a un segmento mixto, tanto a

viviendas como a empresas dedicadas a la

construcción, en donde se pueda usar el

producto. Nuestra zona de influencia son las

regiones áridas y semiáridas de los estados de

Sonora y Baja california, sin limitarse a otros

estados.

Referencias

-Jean-Paul Souris. . (1992). Técnicas

Utilizables en Mantenimiento. El

mantenimiento, fuente de beneficios (111, 112,

114). Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A.

ISSN-2410-3454




2016

138


-Norma Mexicana NMX-J-C-I-489-ANCE-

ONNCCE-NYCE-2014.

-ONNCCE. (2014). 58 normas relacionadas con

la construcción publicadas en 2014. -, de

ONNCCE Sitio web:

http://www.onncce.org.mx/index.php/carrusel/6

9-58-normas-relacionadas-con-la-construccion-

publicadas-en-2014


[Titulo en Times New Roman y Negritas No.14]

Apellidos en Mayusculas -1er Nombre de Autor †, Apellidos en Mayusculas -2do Nombre de Autor Correo institucional en Times New Roman No.10 y Cursiva

(Indicar Fecha de Envio: Mes, Dia, Año); Aceptado (Indicar Fecha de Aceptación: Uso Exclusivo de ECORFAN)

___________________________________________________________________________________________________

Resumen

Titulo

Objetivos, metodología

Contribución

(150-200 palabras)

Indicar (3-5) palabras clave en Times New

Roman y Negritas No.11

Abstract

Title

Objectives, methodology

Contribution

(150-200 words)

Keywords

___________________________________________________________________________________________________

Cita: Apellidos en Mayúsculas -1er Nombre de Autor †, Apellidos en Mayusculas -2do Nombre de Autor. Titulo del Paper.

Título de la Revista. 2015, 1-1: 1-11 – [Todo en Times New Roman No.10]

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

*Correspondencia al Autor (Correo electrónico: )


© ECORFAN-(Indicar el país de publicación) www.ecorfan.org/bolivia


ISSN-En linea: (Indicar ISSN de Revista Seleccionada)


Apellidos en Mayusculas -1er Nombre de Autor †, Apellidos en

Mayusculas -2do Nombre de Autor. Titulo del Paper. Titulo de

la Revista. 2015- [Redactado en Times New Roman No.9]

Introducción

Texto redactado en Times New Roman No.12,

espacio sencillo.

Explicación del tema en general y explicar

porque es importante.

¿Cuál es su valor agregado respecto de las

demás técnicas?

Enfocar claramente cada una de sus

características

Explicar con claridad el problema a solucionar

y la hipótesis central.

Explicación de las secciones del artículo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artículo con numeración subsecuente

[Titulo en Times New Roman No.12, espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Articulos en Times New Roman

No.12, espacio sencillo.

Inclusión de Graficos, Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del artículo todo gráfico, tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamaño, tipo y número de

letra, a efectos de edición, estas deberán estar

en alta calidad, no pixeladas y deben ser

notables aun reduciendo la imagen a escala.

[Indicando el titulo en la parte inferior con

Times New Roman No.10 y Negrita]

Grafico 1 Titulo y Fuente (en cursiva).

No deberan ser imágenes- todo debe ser editable.

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva).


Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva).


Cada artículo deberá presentar de manera

separada en 3 Carpetas: a) Figuras, b) Gráficos

y c) Tablas en formato .JPG, indicando el

número en Negrita y el Titulo secuencial.


ISSN-En linea: (Indicar ISSN de Revista Seleccionada)


Apellidos en Mayusculas -1er Nombre de Autor †, Apellidos en

Mayusculas -2do Nombre de Autor. Titulo del Paper. Titulo de

la Revista. 2015- [Redactado en Times New Roman No.9]

Para el uso de Ecuaciones, señalar de la

siguiente forma:

(1)

Deberán ser editables y con numeración

alineada en el extremo derecho.


Dar el significado de las variables en redacción

lineal y es importante la comparación de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberan ser por sección del

articulo.

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas.

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institución, Universidad o Empresa.

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posiblidades de mejora.

Referencias

Utilizar sistema APA. No deben estar

numerados, tampoco con viñetas, sin embargo

en caso necesario de numerar será porque se

hace referencia o mención en alguna parte del

artículo.

Ficha Técnica

Cada artículo deberá presentar un documento

Word (.docx):

Nombre de la Revista

Título del Artículo

Abstract

Keywords

Secciones del Artículo, por ejemplo:

1. Introducción

2. Descripción del método

3. Análisis a partir de la regresión por

curva de demanda

4. Resultados

5. Agradecimiento

6. Conclusiones

7. Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electrónico de Correspondencia al

Autor Referencias

Revista de Aplicaciones de la Ingeniería

Formato de Originalidad

Sucre, Chuquisaca a ____ de ____ del 20_____

Entiendo y acepto que los resultados de la dictaminación son inapelables por lo que deberán firmar los

autores antes de iniciar el proceso de revisión por pares con la reivindicación de ORIGINALIDAD de

la siguiente Obra.

Artículo (Article):

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Firma (Signature):

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Formato de Autorización

Sucre, Chuquisaca a ____ de ____ del 20_____

Entiendo y acepto que los resultados de la dictaminación son inapelables. En caso de ser aceptado para

su publicación, autorizo a ECORFAN-Bolivia a difundir mi trabajo en las redes electrónicas,

reimpresiones, colecciones de artículos, antologías y cualquier otro medio utilizado por él para alcanzar

un mayor auditorio.

I understand and accept that the results of evaluation are inappealable. If my article is accepted for

publication, I authorize ECORFAN-Bolivia to reproduce it in electronic data bases, reprints,

anthologies or any other media in order to reach a wider audience.

Artículo (Article):

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Firma (Signature)

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Nombre (Name)


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