EDITORIAL - FIDE · principales y derivados, interruptores, pastillas, contac-tos y apagadores, entre otros. Es decir, se llevaron a cabo levantamientos físicos de la cantidad y

1Energía Racional No. 44 Jul.- Sep. 2002

EDITORIAL

En los tiempos actuales, para las grandes ciudades, es de vitalimportancia el desarrollo de proyectos arquitectónicos bajoconsideraciones de eficiencia energética, que permitan su operaciónen esquemas acordes con los requerimientos de seguridad ycomodidad de sus usuarios, a la par que garanticen el menor costopor concepto de funcionamiento.

México no es la excepción, en esta oportunidad presentamos ejemplosespléndidos de este tema: edificios que a su extraordinaria concepciónarquitectónica, que expresa creatividad y belleza, suman funcionalidady modernidad con el uso de tecnología de punta.

Destaca, entre las tecnologías, las novedades en materia deiluminación. Quizá Tomás Alba Edison se sorprendería al conocer lasinnovaciones que el porvenir haría de su original descubrimiento. Hoydía, la iluminación hace mancuerna inseparable del diseño arquitectó-nico; con ella se enfatiza, delinea, resalta, ilumina a la par que selogran importantes ahorros de energía eléctrica, significativos en muchopor sus beneficios económicos y ambientales.

En este número 44 de la revista Energía Racional, presentamos anuestros lectores, proyectos que demuestran que el ahorro de energíaeléctrica no va en detrimento de lo hermoso y funcional, muy por locontrario, responden a la exigencia de los modelos arquitectónicosque una gran ciudad exige para preservar su historia.

2 Energía Racional No. 44 Jul.- Sep. 2002

CO

NTEN

IDO

COMITE TECNICO

Ing. Bernardo Quintana IsaacPresidente

Ing. Luis Zárate RochaVicepresidente

Ing. Javier Prieto de la FuenteCONCAMIN

Lic. Yeidckol Polevnsky GurwitzCANACINTRA

Ing. Leandro López ArceoCMIC

Ing. Francisco Reed Martín del CampoCANAME

Ing. Oscar Álvarez de la CuadraCNEC

Ing. Octavio Larios GonzálezCFE

Lic. Luis De Pablo SernaLyFC

Sr. Leonardo Rodríguez AlcaineSUTERM

M. en C. Odón de Buen RodríguezCONAE

C.P. Miguel A. Ortega QuinteroNAFIN, S.N.C.

Ing. Lorenzo H. Zambrano TreviñoVocal

Ing. Carlos Slim HelúVocal

C.P. Julio Cesar Villarreal GuajardoVocal

Lic. Germán Larrea Mota VelascoVocal

PRESIDENTES ANTERIORES

Ing. Gilberto Borja NavarreteIng. Jaime Chico PardoIng. Jorge Martínez Güitrón

CONSEJO EDITORIALREVISTA FIDE

FIDE: Ing. Mateo Treviño Gaspari

CFE: Ing. Enrique Vargas Nieto

CONAE: M. en C. Odón de BuenRodríguezDr. Gaudencio Ramos Niembro

CANACINTRA: Ing. Gilberto Ortiz Muñiz

I.I.E.: Ing. Oswaldo Gangoiti RuizDr. Roberto Canales Ruiz

AMIME: Ing. Jorge Hernández AguilarIng. Heberto Barrios Castillo

AIUME: Ing. Manuel Garbajosa VelaIng. Manuel Castillo Flón

SUTERM: Sr. Leonardo RodríguezAlcaineIng. Luis Silva Costilla

CNEC:Ing. Oscar Alvarez de la CuadraIng. Manuel Mestre de la Serna

EDITOR RESPONSABLELic. Elizabeth Posada BarnardTel. y fax:[email protected]

Colaboración:Ing. Mónica Bustos de Rosas Priego C

ON

TEN

IDO COMERCIOS Y SERVICIOSCOMERCIOS Y SERVICIOS

Hostal de Moneda, un hotel

energéticamente eficiente.

El toque de la eficiencia:

el caso de la Torre del Angel.

Edificio Eclipse;

Tecnología y conceptos

para el ahorr o de energía.

La satisfacción de desarrollar un

proyecto de ahorro de energía eléctrica.

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5


DIRECTOR GENERAL

Ing. Mateo Treviño Gaspari

CONSEJO ASESOR

Asociación de Ingenieros Universitarios MecánicosElectricistas.

Asociación Mexicana de Empresas del Ramo deInstalaciones para la Construcción.

Asociación Mexicana de Ingenieros MecánicosElectricistas.

Asociación Mexicana de la Industria Química.

Banco Nacional de Comercio Exterior.

Banco Nacional de Obras.

Colegio de Ingenieros Agrónomos de México.

Colegio de Ingenieros Civiles de México.

Colegio de Ingenieros Mecánicos Electricistas.

Colegio Nacional de Ingenieros Químicos yQuímicos.

Comisión Nacional del Agua.

Confederación de Cámaras Nacionales deComercio.

Consejo Coordinador de la Industria Química yParaquímica.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

Consejo Nacional de Industriales Ecologistas.

Consejo de la Comunicación.

Gobierno del Distrito Federal.

Federación de Colegios de Ingenieros Civiles de laRepública Mexicana.

Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Instituto Mexicano del Petróleo.

Instituto Nacional de Ecología.

Instituto Politécnico Nacional.

Instituto Tecnológicos y de Estudios Superiores deMonterrey.

Procuraduría Federal del Consumidor.

Secretaría de Comercio y Fomento Industrial.

Secretaría de Desarrollo Social.

Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales.

Unión Mexicana de Asociaciones de Ingenieros.

Universidad Autónoma Metropolitana.

Universidad Iberoamericana.

Universidad Nacional Autónoma de México.

Energía Racional. Revista Trimestral. Julio-Septiembre del 2002.Editor Responsable: Lic. Elizabeth Posada Barnard. Númerode Reserva al Título en Derecho de Autor: 04-2000-092713335600-102. Número de Certificado de Licitud de Título:6177. Número de Certificado de Licitud de Contenido: 4752.

Domicilio de la publicación: Mariano Escobedo No. 420,1er. piso, Col. Anzures, C.P. 11590, México, D.F. Impren-ta: Litográfica Roma, S.A. de C.V. Oficina: Cafetal No. 545.Planta: Río Churubusco No. 302 Col. Granjas México. C.P. 08400Distribuidor: SEPOMEX, Nezahualcóyotl # 109-6, Col. Centro,C.P. 06082, México, D.F.

Los artículos que se publican son responsabilidad de losautores. Prohibida la reproducción total o parcial del con-tenido de esta revista sin previa autorización por escritodel FIDE.

Tiraje 18,000 ejemplares.

Año 11. Núm. 44.Julio - Septiembre del 2002.

Foto: PROTODO, S.A. de C.V.

GENERALGENERAL

23Al ternativas tecnológicas para sistemas de

iluminación.

Módulos de prueba de edificaciones

para reducir el consumo de aire

acondicionado.

Impacto ambiental de los

programas de susti tución de

equipos de aire tipo cuar to.

Cómo opera el programa de

inmuebles de la Administración

Pública Federal.

Metodología para determinar la

previabilidad de un sistema de

cogeneración en una planta industrial.

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48www.fide.org.mx

Reflector Ventana deentrada

Tubo de luz

Espejo

Luz emitida desdela superficie

Lámpara

Tubos de luz

142 UEcombustible

43 UEEléctrica

Ahorro208 UE – 142 UE = 66 UE

31%

42 UEPérdidas térmicas

por radiación,convección, purgas

y gases a laatmósfera

Sistema deCogeneración

57 UETérmica



Sin duda la diversidad natural y cultural de Méxicocoloca a nuestro país entre los primeros sitios deatracción turística del mundo. Al igual que en otrasnaciones, se ha extendido la filosofía de ofrecer alusuario del sector hotelero un servicio de la más altacalidad basado, en gran medida, en la eficiencia delas instalaciones.

También es cierto que la conciencia ecológica estáformando parte de nuestro bagaje cultural, tal es elcaso del Hostal de Moneda -ubicado en el CentroHistórico de la Ciudad de México-, cuyas instalacioneshan sido diseñadas para operar superando los altosestándares de calidad nacionales e internacionales yal mismo tiempo, alcanzar un armonioso equilibrioentre el ahorro de energía eléctrica, el uso del agua yla comodidad. En este artículo se describe laexperiencia del Hostal de Moneda, para compartirlacon el gremio hotelero y demás personas interesadasen este activo sector de nuestra economía.

El inmueble que ocupa el Hostal de Moneda, ubicadoen la calle de Moneda No. 8, estuvo abandonado durantealgunos años y para reiniciar sus actividades fuenecesario remodelarlo, además de renovar la instalacióneléctrica y el sistema hidráulico.

También conviene destacar que durante este proceso,en el Hostal de Moneda, al igual que en muchos otroshoteles del país, se pudo comprobar que la únicamanera de lograr un armonioso equilibrio entre la como-didad y el ahorro de recursos, es a través de unprograma integral de mejora en las instalaciones, queimplique el uso de las tecnologías más modernas yeficientes en el sistema eléctrico -básicamente eniluminación- y en el hidráulico.

ACCIONES QUE SE TRADUCEN EN AHORROS

Como se ha dicho, el Hostal de Moneda ha sidoequipado con la mejor tecnología para el uso racionalde los recursos. Baste decir que la planta de tratamientode agua permite un ahorro del 75% del consumo normaldel líquido; esto significa que únicamente se consumen2.5 litros por cada 10 que se consumirían de manera

HOSTAL DE MONEDA, UN HOTELENERGETICAMENTE EFICIENTE

Ing. Alejandro Adame González*

*Ingeniero en Energía. Gerente de IngenieríaEnergética Integral, S.A. de C.V.

COMERCIOS Y SERVICIOSCOMERCIOS Y SERVICIOS


normal. Asimismo, los sistemas de iluminación, tantoexterna como interna, tienen un consumo 55% menorde electricidad, lo que significa que sólo se gastan45 kWh por cada 100 que se emplearían con equiposconvencionales de iluminación.

El Hostal tiene un proyecto piloto para produciralimentos por hidroponia, y aplica además prácticas deconsumo responsables en cuanto al reciclado y laseparación de desperdicios.

En función del consumo eléctrico y del agua, el desa-rrollo del programa integral de mejora ha tenido diversasetapas de trabajo, las cuales se presentan a conti-nuación:

DIAGNOSTICO ENERGETICO Y EVALUACION DELAS INSTALACIONES ELECTRICAS

En una primera etapa se analizaron las instalacioneseléctricas, incluidos los alimentadores principales yderivados, alimentadores para el alumbrado, tablerosprincipales y derivados, interruptores, pastillas, contac-tos y apagadores, entre otros. Es decir, se llevaron acabo levantamientos físicos de la cantidad y estado queguardaban las instalaciones mencionadas.

También se evaluó el sistema de iluminación con el quecontaba el inmueble, con la finalidad de detectar lasacciones de mejora.

Finalmente, como resultado de este análisis se obtuvoun diagnóstico energético del que se derivan las medi-das correctivas. Una de ellas es la aplicación de siste-mas ahorradores en la iluminación -tales como lámpa-ras, balastros y luminarios- otra, de suma importanciasin duda, es la que persigue que el Hostal tenga susinstalaciones eléctricas en forma segura, confiable,duradera y eficiente, sin dejar, por supuesto, de cumplircon la normatividad eléctrica.

Para lograrlo, se propuso la renovación total de lainstalación eléctrica, con el consecuente cambio de losalimentadores principales y derivados, tableros de cargay alumbrado, contactos, apagadores y una tierra física.

OBTENCION DEL FINANCIAMIENTO OFRECIDOPOR EL FIDE

Para la aplicación de las medidas de ahorro en elsistema de iluminación, el Hostal de Moneda recibió un

crédito por parte del FIDE para la instalación de equiposahorradores de energía en nuevas construcciones. Sibien es cierto que dicho financiamiento, sin intereses,se otorga a constructores y empresarios que estánrealizando nuevas construcciones, en este caso el Hostalse hizo acreedor al apoyo debido a que prácticamenterenovó la construcción.

La aportación del FIDE ascendió a $292,034.00 y fuedestinada a cubrir la diferencia entre el costo del equipoconvencional y el de alta eficiencia.

Aplicación de sistemas ahorradores en iluminación

Como se esperaba, los sistemas de iluminacióncon que contaba el Hostal eran de tecnología obsoleta


y los caracterizaba un alto consumo de energía eléctrica.Por lo tanto, no fue posible utilizar estos sistemasconvencionales, que en su mayoría usaban focosincandescentes de 100 watts, y reflectores de 1,000 y1,500 watts; en cambio, con la incorporación de equiposahorradores fue posible tanto mejorar los niveles deiluminación, como reducir la demanda y el consumo deenergía.

La sustitución de lámparas incandescentes porahorradoras se llevó a cabo básicamente en pasillos,baños, habitaciones, lobby, azotea (terraza), bar, terraza,techumbre, fachada norte, calle norte, cúpula lado sury guarda bodegas.

A partir de un comparativo energético de los sistemasde iluminación, se pudo apreciar que, mientras que lapotencia del sistema convencional era de 21.08 kW, ladel sistema ahorrador era de tan sólo 5.86 kW. Ladiferencia, es decir, el ahorro en potencia es de 15.22kW. De la misma manera, el consumo de energía repre-senta un ahorro de 5,481 kWh/mes.

Las siguientes tablas se elaboraron al comparar lainformación del sistema convencional -cantidad deluminarios, carga unitaria (W), potencial total (kW),demanda máxima (kW), tiempo de operación (horas/mes) y consumo mensual (kWh/mes)- y los mismosdatos para el sistema ahorrador.

EL AGUA, UN HUESPED DE HONOR

La industria hotelera es un gran consumidor de aguapotable y su pago representa un gasto mayor. Debido a

los altos costos de instalación y operación de las plan-tas de tratamiento de los efluentes, sólo las grandescadenas de hoteles cuentan con ellas.

Si se considera que el agua obtenida de las plantas detratamiento sirve únicamente para riego de áreas verdes,llama doblemente la atención la forma en que el Hostalde Moneda logró reducir su consumo de agua potable,instalando un sistema que le permite reutilizarla enregaderas y lavabos.

El espacio con que se contaba para la instalación de unsistema de tratamiento limitó la decisión, además deque los lodos que generan algunas plantas conven-cionales deben confinarse, lo que ocasiona costos extraen la operación.

Por todo esto, el método convencional de floculaciónno fue viable y a pesar de que la opción de la planta detratamiento electroquímico parecía muy atractiva, dadoque el agua debía reutilizarse, el control de demandabioquímica de oxígeno (DBO) resultó ineficiente, siendoun factor esencial en este caso.

Las membranas fueron la opción adecuada y se encon-traron varias posibilidades viables. Finalmente se eligióun sistema de ultrafiltración (UF), entre otras cosasporque el proceso requiere de sólo un paso de filtracióny desinfección a un costo de operación bajo.

A fin de poder contar con el aguaadecuada para reutilizarse, sesepararon las corrientes del hotel:aguas de sanitarios y cocinas aldrenaje, mientras que las aguas delavabos, regaderas y tarjas dan a unacisterna de colección, la cual seconsiguió dividiendo en dos lacisterna con la que contaba laconstrucción original.

Cómo y cuánto cuesta reciclar elagua

En el siguiente diagrama se puedeobservar la operación general delsistema.

Tabla 1. Ahorros de energía y económicos.

Ahorro en demanda (kW) 15Ahorro en energía anual (kWh) 65,776Ahorro económico mensual ($) 5,316.00Ahorro económico anual ($) 82,220.00

Tabla 2. Inversión y tiempo de recuperación.

Inversión sistema ahorrador (incluye instalación) ($) 292,034.00Inversión sistema convencional (incluye instalación) ($) 62,322.00Inversión (ahorrador - convencional) ($) 229,712.00Tiempo de recuperación (años) 2.8


Después de pasar por una trampa de arena y partícu-las mayores -cabellos, pelusas y basuritas- el agua secolecta en la cisterna de agua gris, donde se le aplicauna mezcla de micronutrientes naturales que permiteel desarrollo de microorganismos facultativos que, a suvez, acaban con los degenerativos causantes del malolor por la descomposición de los elementos orgánicoscontenidos en el líquido.

De esta cisterna, el fluido pasa a la planta de UF dondese filtra en poro fino el influente y se bombea a travésde la membrana. Aquí se obtiene agua libre de casi todoslos contaminantes, aunque aún contiene algunosmicroorganismos que no son retenidos en la membrana,por lo que es necesario pasar por filtros de carbón acti-

FILTROS DECARBON

ACTIVADOSTANQUESDE

REBOMBEO

PLANTA DETRATAMIENTO

PLUVIAL

REGADERASLAVABOS

TINASLAVADORAS

SANITARIOS7 BAÑOS

AL DRENAJE

TRAMPA DE SOLIDOSY FILTROS MALLA

DOSIFICADOR DOSIFICADOR

TANQUE DEAGUA FRIA

GENARADORDE AGUACALIENTE

TANQUE DE AGUACALIENTE

DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE REUSO DEL AGUAHOTEL HOSTAL

vado en los que se retienen restos de jabón no biode-gradable y todo compuesto orgánico que hubieralogrado pasar; también se eliminan olores y saboresindeseables.

Después de los filtros, el fluido pasa a la cisterna deagua potable donde el total del agua, reciclada y de lared, se desinfecta con dióxido de cloro para dar unamezcla con características superiores a las del líquidoque se recibe. En este proceso queda incluida tambiénel agua de lluvia.

La siguiente tabla muestra la diferencia de inversión que losempresarios pagan entre un sistema con y sin recuperacióndel agua, así como el tiempo de recuperación de la inversión.

GASTOS POR CONSUMO DE LA RED DE AGUA POTABLE SISTEMA SISTEMAREGULAR AHORRADOR

Y REUSOConsumo estándar por persona en hotel 150 lts/día 13,500 litros 3,600 litrosCocinas 800 litros 800 litrosAseo general 1,000 litros 500 litrosLavadoras 1,500 litros —————-Consumo diario promedio (al 100 % de ocupación) 16,800 litros 4,900 litrosConsumo promedio bimestral 940 m3 274.4 m3

Costo del agua: 11,242.47 + 3,015.90 +De 660 a 960 m3, 11,242.47 + 23.25 x 280= 18.17 x 34 =23.25/m3 excedente $17,752.47 $3,633.68De 240 a 420 m3, la tarifa es 3,015.90 + 18.17/m3 excedenteCargo por metro cúbico de descarga al drenaje ($9.00/m3) $8,460.00 $2,469.60Cargo total: $26,212.47 $6,103.28


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“Energía Racional”del FIDE

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Por cuatro números

FIDEICOMISO PARA EL AHORRODE ENERGIA ELECTRICA

M.R.

M.R.

El periodo de recuperación de la inversión es de 19meses, como puede verse en la siguiente tabla:

CONCLUSIONES

Indudablemente, llama la atención el hecho de que unhotel -que normalmente se caracterizaría por sus altosconsumos de agua y electricidad- emplee únicamente25% del líquido o 45% de la energía que consumiríacon un sistema convencional. Desde luego, esto seencuentra estrechamente ligado con el desarrollo deun programa integral que incluye estrategias yprocedimientos concretos para asegurar su éxito.

Como en todos los casos financiados por el FIDE, deldiagnóstico energético se desprendieron las medidas

COSTO TOTAL DE LA INVERSION REGULAR $527,500.00COSTO TOTAL DE LA INVERSION CON REUSO DE AGUA $718.890.00DIFERENCIA ENTRE LAS INVERSIONES: (718,890.00-527,500.00) $191,390.00AHORRO BIMESTRAL SEGUN TABLA DE AHORROS $20,109.19PERIODO DE RECUPERACION: 191,390.00 ($)/20,109.19 ($/BIM)=9.52 BIMESTRES 19 MESES

encaminadas al uso de sistemas ahorradores en ilumi-nación -entre otros-, lo cual se hizo empleando el finan-

ciamiento otorgado para cubrir ladiferencia entre el costo del equipoconvencional y el de alta eficien-cia, con un periodo de retorno de2.8 años.

En el caso importante del agua, elHostal decidió sabiamente invertir en un sistema que lepermite reciclar el líquido para su uso en regaderas ylavabos. Este concepto es novedoso si se consideranlas restringidas condiciones por hallarse en el CentroHistórico de la ciudad más grande del mundo.

Indiscutiblemente, este hotel responde con medidasactuales a viejos problemas de la hotelería para recibira sus principales usuarios, quienes son jóvenes de todoel mundo interesados en nuestra cultura e historia y atraí-dos por el ecoturismo y el entretenimiento que brindaesta polifacética ciudad, donde el ahorro de recursosnaturales ya forma parte de su bagaje cultural.


Con objeto de reducir el calor al interior de la Torre delAngel, edificio de oficinas ubicado en la avenida Paseode la Reforma de la Ciudad de México, se llevó a cabouna renovación que incluyó la instalación de unacubierta de cristal aislante en todo el inmueble.Asimismo, se optó por un sistema ambiental deenfriamiento de aire para cumplir con las funciones delos sistemas HVAC (Heating, Ventilation and Air Con-ditioning, por sus siglas en inglés). Cabe señalar que,además del ahorro energético, la tecnología aplicadapermitió transformar una construcción vieja e incómo-da en una edificación de clase mundial, capaz decompetir con las nuevas obras de la ciudad y armonizarcon los requerimientos ambientales y estéticosactuales.

El monumento a la Independencia fue erigido en 1910para conmemorar el primer centenario del inicio de lalucha de nuestro país por la independencia de España;es un pilar que soporta la réplica en oro de una Victoriaalada conocida por los habitantes como “El Angel”.

La Torre del Angel se construyó a principios de 1980 yse renovó a finales de los años noventa. Es un edificiode 21 pisos, 14 para oficinas, un piso de área comercialy seis niveles para estacionamiento, que abarca casi21,000 m2 .

Al momento de su construcción existía poca demandade aire acondicionado en los edificios de oficinas de laCiudad de México, por lo que el inmueble fue diseñadocon un sistema de enfriamiento evaporativo de bajaeficiencia con cuatro zonas por piso. La altura libre entrepisos es de 2.6 metros, lo que significó un serio problemapara la instalación de ductos para el enfriamientoevaporativo.

En 1988, el nuevo propietario de la Torre del Angelcomisionó a un desarrollador de inmuebles de Houston,Texas, para convertir el edificio en una estructura declase mundial.

Visión de renovación

1. La fachada existente fue remplazada con una paredde cristal aislante de cortina de doble sellado concubierta. Esto mejoró la resistencia térmica y redujola ganancia de calor solar al filtrar la energía infrarrojay rechazar el calor (energía infrarroja de onda larga).El cristal permitió que la mayor parte de la energíasolar visible y de onda corta pase a través del edificio.

2. La pared de cortina comprende dos secciones: unade cristal claro, con un coeficiente de transmisiónU=0.4 y un coeficiente de sombra de SC=0.68; yotra de cristales azules, con un coeficiente detransmisión de U=0.4 y un coeficiente de sombra deSC=0.34.

3. Instalación de un sistema de acondicionamiento delaire con tecnología de punta (ver siguiente sección).

4. Instalación de un sistema contra incendio, automá-tico, que incluye rociadores.

5. Instalación de un nuevo sistema hidrosanitario, quecomprende: suministro de agua, sistemas de drenajesanitario y pluvial. Para el suministro de agua, seconsideró un booster a presión constante.

6. Instalación de un sistema de administración deledificio (BMS, por sus siglas en inglés), incluidoscontroles para los sistemas mecánicos y eléctricos.

EL TOQUE DE LA EFICIENCIA: ELCASO DE LA TORRE DEL ANGEL

Ing. José Luis Trillo * Ing. José Luis Frías**

*Presidente de Ingeniería en Aire y Control (IACSA)**Presidente de DHIMEX.


7. Instalación de detectores de humo, circuito cerradode televisión y sistemas de control de acceso.

8. Instalación de un sistema de presurización dehuecos de escaleras con control de presión debypass.

9. Instalación de un sistema de suministro de aireexterior para ventilación, a fin de cumplir con lasnormas más exigentes de calidad del aire interior.

10.Minimización de ruido y vibración en todas las áreasde oficinas.

11. Instalación de sistemas de ventilación mecánica enlos niveles de estacionamientos para cumplir con lasnormas de construcción locales.

Nuevo sistema de acondicionamiento del aire

Los requerimientos solicitados por el propietario para elsistema de acondicionamiento de aire del nuevo edificioson los siguientes:

1. Promover una temperatura durante el verano de 23oCen las áreas acondicionadas. La humedad no es unproblema en la Ciudad de México.

2. No se planea ningún tipo de calefacción para latemporada de invierno y, si se requiere, será eléctricay correrá bajo la responsabilidad del arrendatario.

3. Proporcionar un nivel de ruido de NC –40 cerca delos cuartos de máquinas y evitar la transmisión deruido y vibración de dichos cuartos en el techo haciael nivel de penthouse.

4. Seleccionar el equipo más eficiente en términos deacondicionamiento de aire, costos y requerimientosde energía de acuerdo con las condiciones locales.

5. Minimizar el tamaño de los ductos y terminales demanera que los arrendatarios puedan tener la mayoraltura vertical en sus espacios.

6. Suministrar capacidad adicional de enfriamiento parael equipo HVAC al de BMS.

7. Asegurar la calidad interna del aire mediante elsuministro de aire exterior y filtración.

8. Operación integrada del sistema HVAC con el BMS.

9. Proporcionar flexibilidad para los arrendatarios ycostos de consumo de energía reducidos.

Elección del sistema

Se evaluaron diferentes sistemas de HVAC queengloban los equipos encargados de cumplir lasfunciones de calentamiento o enfriamiento, ventilacióny acondicionamiento de la cantidad de humedad del aireque circula por los espacios definidos, considerandoeficiencia de energía, limitantes de espacio ydisponibilidad de productos. Los sistemas evaluados semuestran en la Tabla 1.

La pérdida típica de líquido en sistemas de enfriamientode aire, basados en agua a carga completa, es casi del2% del rango de gasto de agua de condensación. Apesar del alto consumo y costo del agua potable, la


mayoría de los análisis de ciclo de vida de lasalternativas antes mencionadas, resultarán razonablesen cuanto a los periodos de retorno de inversión ypositivos los rangos de retorno interno para lasalternativas de enfriamiento basadas en agua.

En términos de eficiencia y costo en el ciclo de vida, elanálisis de los datos de la Tabla 1 apuntaría a laselección del sistema enfriado por agua. Sin embargo,el propietario quería que el edificio fuera amigable conel ambiente, por lo tanto se seleccionó el sistema deagua helada, enfriado por aire.

Las bombas de calor con fuente en la tierra pueden seruna buena opción para edificios futuros, pues las áreasverdes en el estacionamiento proporcionan el espaciopara la instalación de tuberías que no están disponiblespara la renovación de este edificio.

Planta de agua helada

La nueva planta central de agua helada consta deenfriadores roscables de aire helado de 215 toneladas(756 kW), tres bombas primarias dedicadas de 5 hp(4kW) y dos bombas secundarias de 15 hp (11 kW).

Se consideraron para el sistema de distribución de aguahelada primario-secundario desacoplado con bombasprimarias a velocidad constante y bombas secundariasa velocidad variable para maximizar la eficiencia deenergía en la distribución del agua.

Se colocó un sistema de velocidadvariable para las bombas secundarias deagua helada para suministrar únicamentela presión suficiente para satisfacer elpeor caso de válvula, y no más.

Una capacidad adicional de 10 toneladas(35 kW) se consideró para necesidadesfuturas de los arrendatarios. Los puertosde medición para el agua helada sesuministran en cada cuarto de máquinasde cada piso.

Sistema de distribución del aire

Para mantener el tamaño del sistema deductos lo más pequeño posible, se utilizóun método de distribución de aire a bajatemperatura. El aire a 8oC se distribuye

hacia varias cajas VAV operadas por medio deventiladores de serie de bajo perfil.

Para cada piso típico de oficinas se suministrandos unidades manejadoras de aire modulares VAV,con variadores de frecuencia. También se suministranunidades manejadoras de aire de volumen constantepara los arrendatarios comerciales en la planta baja.

Cada arrendatario de oficina tiene un sistema de ductosprimario de baja temperatura y series de cajas VAVoperadas por medio de ventiladores. El sistema deductos secundario y las terminales son suministradaspor parte del arrendatario.

Los difusores, también suministrados por el arrendatariosostienen la operación a través del rango de una zona,a fin de mantener la efectividad de alta ventilación.

Dos ventiladores de suministro ubicados en el techointroducen aire para la ventilación y proporcionan airefiltrado del exterior hacia las unidades manejadoras. Elflujo constante de aire exterior asegura la ventilaciónde acuerdo a ANSI/ASHRAE, Norma 62-1999,ventilación para Calidad del Aire Interior Aceptable, aúndurante la operación de carga parcial.

Suministro de agua en la Ciudad de México

El agua potable que utilizan los equipos de enfria-miento en la Ciudad de México se origina en un río


ubicado a 120 kilómetros de distancia o en un pozo enla ciudad.

El precio del agua en la Ciudad de México es de $30.40por m3 y está prácticamente subsidiado en su totalidadpor el Gobierno Federal.

El 40% del agua se pierde a través de fugas en elsistema de distribución, ocasionadas por tuberías quese mueven debido a que la Ciudad de México se estáhundiendo, por lo que el costo real del agua sería de$83.60 por m3.

El costo ambiental es mucho más elevado. La extracciónde agua del subsuelo produce un hundimientoanual promedio de 15 centímetros que frecuentementeprovoca que el agua de desperdicio se bombee.Además, el costo de las reparaciones en calles, drenajesy tuberías para agua potable es enorme y no ha sidoaún evaluado con certeza. Traer el agua a la ciudaddesde ríos distantes también afecta al campo al reducirla disponibilidad de agua para la agricultura.

Una solución a futuro para aliviar la escasez de aguaes el tratamiento de aguas residuales para reciclarla,pero actualmente sólo el 15% del agua que se utilizaen la ciudad es tratada.

Muchos ingenieros consultores y desarrolladores queestán preocupados por el ambiente y el mal uso delsubsidio con el que se pretendió beneficiar al sector pobrede la población, promueven el uso de sistemas deenfriamiento por medio de aire en la Ciudad de México.

Las únicas excepciones son instancias en donde sedispone de agua tratada.

No siempre es la mejor elección considerar lasalternativas de mayor eficiencia de energía o aquellacon el costo de ciclo de vida menor.

Ventilación mecánica

La ventilación mecánica se suministra para el escapedel estacionamiento, de cuartos de baño y presurizaciónde los cubos de escalera.

El escape del estacionamiento se lleva a cabo en unrango de 10 cambios de aire por hora como lo requiereel Código de Construcción de la Ciudad de México.

El escape de los cuartos de baño se realiza en un rangode 15 cambios de aire por hora. Se instala un ventiladorcentrífugo en línea por piso.

Descripción del

sistema

Enfriadores operados por

medio de agua y VAV

AHU’s

Enfriadores operados por

medio de aire y VAV

AHU’s

Unidades VAV auto-

contenidas operadas por

medio de agua

Bombas de Calor con

tierra como fuente

Tabla 1: Opciones para el Sistema de HVAC

Ventajas

• Excelente eficiencia de energía

• No utiliza agua

• No requiere cuarto de máquinas

para la planta de agua helada

• Buena eficiencia de energía

• Buena eficiencia de energía

• No utiliza agua

Desventajas

• Utiliza agua, que es un recurso escaso

• Requiere más mantenimiento

• Menor eficiencia de la energía

• Utiliza agua

• No requiere cuarto de máquinas para la planta

de agua helada

• Requiere instalación por debajo de los cimientos

del edificio

• No aceptado por el ingeniero de estructuras


Los cubos de las escaleras están presurizadospara evacuar al personal en caso de unincendio, por lo que se instaló un sistema debypass que se controla por medio de BMS paraprevenir la sobre presurización.

Sistema de control

Se instaló un Sistema de Administración de laEnergía (EMS) a través del edificio, el cualcontrola y monitorea el sistema de HVAC. Porotra parte, el sistema de control digital directo(DDC) gobierna todas las manejadoras de aire,enfriadores de agua, bombas, ventiladoresy cajas VAV operados por medio de venti-ladores.

El EMS también proporciona tendenciasextensas y archivo de información para revisiónhistórica de la operación del edificio.

Las secuencias de operación del sistema DDCse desarrollaron como parte del diseñomecánico para maximizar la eficiencia deenergía en el sistema de HVAC.

Consideraciones acústicas

Para cumplir con el requerimiento NC–40, fuerade los cuartos de máquinas en cada piso, seinstalaron silenciadores de transferencias entrelos plenos de retorno y del cuarto de máquinas.

Se instalaron también los silenciadores detransferencia con baja caída de presión y unnivel de interferencia mínima de 34 al hablar.

Una pared deflectora de 4 m se instaló en loscuatro lados de la planta de enfriamiento de agua paraevitar ruido en el nivel del penthouse, y se tuvo muchocuidado durante la instalación de los enfriadoresa fin de evitar la recirculación del aire dentro de lasparedes.

El aislamiento de la vibración se obtiene por medio deaisladores de deflección con resorte de 2 pulgadas(50 mm) en los enfriadores de agua y bases de inerciacon aisladores de deflección con resorte de 2pulgadas (50 mm) para las bombas de enfriamiento deagua.

Conclusiones

El edificio ahora llamado “Torre del Angel” ha sidofuncional desde hace más de un año. Después de unproceso limitado de acondicionamiento, todos lossistemas de HVAC están funcionando como sepretendía y la tecnología ha permitido la transformaciónde un inmueble viejo e incómodo, en un edificio de clasemundial, capaz de competir con todos los nuevosedificios en la ciudad.

Ref: American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning

Engineers. M.R.



El presente artículo describe la adopción de estrategiasy programas de ahorro de energía eléctrica en elEdificio Eclipse, ocupado por la Secretaría de Energíaa partir de diciembre de 1996, y el cual fue proyectadopor una empresa cuyo giro principal es el diseñoarquitectónico y la coordinación de obras. Debido aestas estrategias y programas, la compañia fuemerecedora del segundo lugar del Premio Nacionalde Energía en la categoría Empresas de Comercios yServicios Medianas durante la realización del novenocertamen.

ANTECEDENTES

El edificio ocupado por la Secretaría de Energía –quese ubica en la Avenida Insurgentes Sur No. 890, Coloniadel Valle de la Ciudad de México- es una estructura de92 metros de altura, en la que la mitad de los niveles deuso de oficinas ofrece un área completamente libre decolumnas, con claros de 18 metros en sentidotransversal por 30 en sentido longitudinal, y estáconformado por dos sótanos, cinco niveles deestacionamientos y 20 pisos de oficinas, ocupando unasuperficie total de 24,000 metros cuadrados en unterreno de 1,515 metros cuadrados. El edificio fueocupado a partir del mes de diciembre de 1996.

El inmueble fue diseñado bajo el concepto de “Edificiointeligente”, el cual tiene las siguientes características:

• Se alcanzan las capacidades necesarias para lograrun óptimo conjunto de servicios en el ciclo deocupación del edificio, además de satisfacer lasexpectativas inherentes a su diseño y administración.

• Se caracteriza por contar con sistemas detelecomunicaciones, redes locales, controles

numéricos, así como de automatización y seguridadcapaces de responder a las crecientes necesidadesde los usuarios.

• Sus sistemas eléctricos consumen menos energíasin detrimento de las condiciones de confort yrendimiento.

EDIFICIO ECLIPSE:TECNOLOGIA Y CONCEPTOS

PARA EL AHORRO DE ENERGIA

Arq. José Piccioto*

*Director General de PROTODO, S.A. de C.V.


La ubicación de las fachadas que sirven al hábitathumano (este, sur y poniente) fue resultado de unestudio de asoleamiento en esas direcciones con el finde usar la energía de manera eficiente y brindar conforttérmico, lumínico y visual, a los ocupantes para eldesarrollo de sus actividades. Esto se logra medianteun sistema de viseras -persianas- que permiten yregulan la entrada de luz al interior. Además, lasfachadas cuentan con protectores solares verticales yhorizontales que permiten el uso de cristal claro queofrece luz natural al espacio de trabajo, lo que, adiferencia del vidrio tipo reflejante, significa ahorros de20% anual en la operación del aire acondicionado, y de60% al año en sistemas de iluminación.

Para satisfacer sus necesidades de energía eléctricacuenta con una capacidad de transformación de 2,300kVA, así como una planta de emergencia de 940 kW.Además, tiene un contrato para el suministro en tarifaHM (Horaria a Media Tensión).

En el edificio se instaló un sistema de monitoreo deenergía eléctrica para observar en tiempo real losparámetros eléctricos de demanda y consumo.

MEDIDAS PARA EL AHORRO DE ENERGIA

El aire acondicionado, que es el principal consumidorde energía eléctrica, cumple con todos los requerimien-tos de eficiencia energética y lo conforman unidadesde enfriamiento tipo tornillo de 90 toneladas; 10 unidadesmanejadoras de aire con variador de velocidad en cada

una de éstas, y 220 cajas de volumen variabledistribuidas en todo el inmueble.

También cuenta con un control automáticoque, además de regular las estrategias deahorro de energía, contribuye a los estándaresde confort para mayor productividad delpersonal, así como a la funcionalidad deledificio.

La iluminación ocupa, como en la mayoría delos edificios de oficinas, el segundo lugar delconsumo de energía, después del aire acondi-cionado. En este sentido siempre se ha tenidoen mente la eficiencia energética y continua-mente se han adoptado cambios y perfec-cionado sistemas con el objeto de mejorar lacalidad del servicio y ahorrar energía.


Por ejemplo, en los accesos de los estaciona-mientos se cuenta con sensores de presencia deltipo pasivo infrarrojo que optimizan el consumo deenergía eléctrica, ya que al no detectar ningunapresencia, la iluminación se apaga automá-ticamente. Asimismo, el inmueble cuenta concontroladores de iluminación que encienden yapagan las lámparas de las áreas generales conbase en horarios preestablecidos, los cuales seplanean y programan de acuerdo con el patrón deocupación que existe en las diferentes áreas detrabajo.

Lo anterior ha permitido, además del aprovecha-miento de la luz natural, promover la cultura delahorro de energía eléctrica entre los ocupantes deledificio, quienes estuvieron de acuerdo en acatarlas resoluciones.

Cabe señalar que desde que el edificio entró enfuncionamiento ha fomentado el consumo racionalde los energéticos convencionales en los sistemasoperantes de las edificaciones en cuanto al ahorrode energía; por ello, en el año de 1997 una empresaconsultora, en colaboración con la CONAE, evaluóel sistema de iluminación con la finalidad de cumplircon la NOM-007-ENER-1995, tanto en las áreasde estacionamientos como en las de trabajo. Ladensidad de potencia de alumbrado (DPEA)obtenida fue de 7.1 W/m2 que es menos de la mitadde lo que marca la norma para nuevas cons-trucciones –16W/m2.

En ese mismo año, la CONAE entregó undiagnóstico energético para el mencionadosistema de iluminación donde se destacaprincipalmente una reducción de casi 28% en elconsumo, derivada de la compactación de loshorarios de trabajo y de otras medidasoperacionales que han contribuido a la disminu-ción de la factura eléctrica.

Otro aspecto que destaca el informe es que el factorde carga para 1998 fue de 43.4%, y para 1999descendió a 31%, lo que indica una reducción delas horas de operación del inmueble durante eseaño. Esta medida propicia más eficiencia y eficaciaen la operación del inmueble que, en este caso,significa una disminución estimada de 49,600 kWh/mes en el consumo de energía.


Como consecuencia de las medidasimplantadas en el Edificio Eclipse en1999, se obtuvo los siguientesresultados:

• El índice energético se redujo de89.10 kWh/m2 en 1998 a 71.9 kWh/m2 en 1999, lo que representó unadisminución de 19.2%.

• El consumo de energía disminuyó de2,138,533 kWh registrados en 1998a 1,727,564 kWh en 1999; es decir,por cada 10 kWh empleados en1998, sólo se utilizaron aproxi-madamente 8 kWh en el siguienteaño.

• De igual forma, la demanda máxima mensualfacturable se redujo 17.9%.

• En el caso de la demanda a la hora punta, lareducción que se obtuvo fue aproximadamentede 20%.

CONCLUSIONES

Las medidas operacionales, así como la compactaciónde los horarios de trabajo han repercutido enormemente,por lo que se estima hasta 28% de ahorro en elconsumo eléctrico; de hecho la compactación de loshorarios ha permitido disminuir el consumo en el horariode punta y, en consecuencia, el pago en la facturaeléctrica.

El rápido desarrollo de nuevas tecnologías y de mejoresprocedimientos de trabajo, además de los cambios tantoen las necesidades como en el uso de espacios, fueronfactores que se tomaron en cuenta en el diseño deledificio. De hecho, las instalaciones ocupadas por laSecretaría de Energía están diseñadas para enfrentarcambios radicales cada cinco años o menos.

La flexibilidad para reestructurar los espacios, equiposy sistemas e instalaciones entre otros puntos de avancetecnológico, garantiza el máximo aprovechamiento delinmueble durante los próximos 15 a 20 años. Bajo estaconcepción, en el diseño de Eclipse se emplearonmateriales de tecnología avanzada en conjunto conmateriales para los acabados que requierenun mínimo de mantenimiento, a fin de lograr queun edificio envejezca con aspecto contem-poráneo. M.R.


Los proyectos para el ahorro de energía en hotelesrepresentan una gran oportunidad para reducir costosde operación en la demanda y consumo de energíaeléctrica, ya que las instalaciones existentes puedenaprovechar nuevas tecnologías en iluminación, aireacondicionado, refrigeración y calefacción.

Por su constitución, los hoteles trabajan ininterrum-pidamente todo el año y deben proporcionar toda clasede servicios a los huéspedes y personal que labora, locual origina que consuman grandes cantidadesde energía en aire acondicionado, iluminación,lavandería, etc., pues de ello depende el prestigio dela instalación.

Antecedentes

Dentro de este contexto, el Hotel Club Marival, ubicadoen Nuevo Vallarta, Nayarit, realizó un diagnósticoenergético para disminuir la demanda y consumo deenergía eléctrica en sus instalaciones, sin reducir lacalidad del servicio. El diagnóstico se hizo con recursoshumanos del mismo hotel.

El diagnóstico energético de instalaciones eléctricasconstituye el primer paso para el desarrollo deprogramas integrales de uso y ahorro de energía, yaque permite detectar áreas de oportunidad, jerarquizán-dolas de acuerdo con los ahorros potenciales yrentabilidad para la implementación de proyectosespecíficos.

Diagnóstico

El diagnóstico realizado en el Hotel Club Marival incluyemediciones e inspecciones a los distintos sistemas, asícomo el análisis de los recibos de energía eléctrica.

Como resultado, se obtuvo la siguiente información:

• El sistema de aire acondicionado representa la mayorcarga del hotel, pero no fue considerado dentro deldiagnóstico, en virtud de que las instalaciones seencuentran en proceso de ampliación y las nece-sidades de este sistema variarán en el futuro.

• El sistema de iluminación estaba compuesto por 2,362lámparas incandescentes de 60 W que trabajan enpromedio 11 horas diarias y representan 158 kW dedemanda con un consumo de 39,748 kWh mensuales.

• El sistema hidroneumático para suministro de aguapotable a la presión necesaria consta de cuatro bombasy un compresor que trabajan en forma alterna con unacarga total de 23.5 kW y un consumo de 8,171 kWh.

• El sistema de refrigeración ocupa el segundo lugaren cuanto a carga conectada. Cuenta con 13 cámarasde refrigeración con compresor de tipo semi-herméticoque trabajan 23 horas al día con una potencia total de46.54 kW y un consumo de 31,545 kWh.

Asimismo, durante la inspección, se detectó falta deaislante en tuberías, baja eficiencia de motores y otrasanomalías.

LA SATISFACCION DE DESARROLLARUN PROYECTO DE AHORRO DE

ENERGIA ELECTRICA

Ing. Alejandro Arreola Suárez*

*Gerente de Ingeniería y Mantenimientodel Hotel Club Marival.


• También se contaba con dos bombas de condensadosque suministran agua tratada a las calderas existentes,con una demanda total de 4.58 kW y un consumo de1,258 kWh.

La tabla que resume la información anterior se muestraa continuación.

Oportunidades de ahorro

Una vez efectuadas las mediciones e inspecciones, sepropusieron las siguientes medidas:

• Para el sistema de iluminación se recomendó sustituirla totalidad de las lámparas incandescentes de 60 Wpor lámparas fluorescentes compactas de 13 W quetienen emisión luminosa similar, pero que consumenla cuarta parte de energía eléctrica que lasincandescentes. Las expectativas de demanda yconsumo para este sistema son de 35 kW y 8,742kWh, respectivamente.

• En el sistema hidroneumático se contempló lainstalación de un nuevo equipo que consta de 3bombas de 10 HP y una de 7.5 HP con tanquesprecargados.

Esta innovación permite que se elimine el equipo decompresión de aire que utiliza el sistema convencionaly también el tiempo de operación, aumentando laeficiencia en un 50% sobre el equipo actual. Con estesistema se espera una demanda de 34 kW y unconsumo mensual de 4,014 kWh.

• Para el sistema de refrigeración se estimó que al aislarlas tuberías defectuosas se tendría una disminución de12% en consumo de energía y se propuso sustituir losmotores existentes por otros de mayor eficiencia, con loque se estima dejar fuera de operación algunas cámarasde refrigeración durante el periodo punta. Así, con estoscambios, la demanda esperada es de 45 kW y elconsumo de 19,028 kWh (sin tomar en cuenta los ahorrospor desconexión de equipos en el período punta).

• Para el sistema de bombas de condensados sólo seconsideró cambiar una bomba de 3 HP, por otra de2 HP más eficiente.

De todo esto, los potenciales de ahorro, así como lasinversiones necesarias, se presentan a continuación:

Implantación

Una vez analizados los potenciales de ahorro y tomandoen cuenta la inversión necesaria, se llevaron a cabo lossiguientes cambios:

• Se sustituyeron las lámparas incandescentes porlámparas fluorescentes compactas de 13 W, aunqueen tres restaurantes se instalaron de 17 W paraaumentar el flujo luminoso.

• Se instaló el equipo hidroneumático del tipo tanqueprecargado en sustitución del equipo actual.

• Se sustituyeron 13 cámaras de refrigeración del tipoconvencional y sólo se conservó una por ser dereciente adquisición. Asimismo, se recubrieron 350metros de tubería con aislantes para evitar fugas.

• Se sustituyó la bomba de condensados propuesta.

Como resultado de los cambios y después de un periodode 10 meses de la implantación de las medidas,los resultados del proyecto se resumen en la siguientetabla.

Sistema Carga Consumo mensual(kW) (kWh)

Iluminación 158 39,748Hidroneumático 23.5 8,171Refrigeración 46.54 31,545Condensados 4.58 1,258

SISTEMA AHORRO MENSUAL INVERSION RECUPER.kW kWh $ $ (Años)

Iluminación 123 31,006 13,952.70 210,527.63 1.3Hidroneumático — 4,014 1,806.30 124,710.27 5.8Refrigeración y aislamiento 1.4 13,543 7,412.98 420,755.70 4.7Bombas de condensado 1.0 520 234.00 9,000.00 3.2Diagnóstico y supervisión — — —- 34,225.00 —TOTAL 125.4 49,083 23,405.98 799,218.60INVERSION ($) 799,218.60 RECUPERACION (años) 2.8


Los resultados obtenidos corresponden a lasestimaciones originales, aún cuando en algunos casosel retorno a la inversión era mayor de 3 años.

Conclusiones

Este proyecto se llevó a cabo en su totalidad porpersonal propio, lo que demuestra que, con unametodología simple pero completa, es posible realizarproyectos de ahorro de energía eléctrica en instala-ciones existentes.

La introducción de nuevas tecnologías en distintossistemas o equipos permite hacer un uso eficiente de laelectricidad y, no obstante el tipo de instalación que setrate; con los avances tecnológicos se pueden lograrmejoras continuas sin disminuir las condiciones detrabajo de los equipos o el confort de las personas.

El esfuerzo, así como las inversiones para el proyectodel Hotel Club Marival se ven ampliamente compen-sadas con los resultados obtenidos y es una muestra yaliciente para continuar trabajando en el ahorro deenergía dentro del ramo hotelero.

CONCEPTO ANTES DEL DESPUES DEL AHORRO MENSUAL

PROYECTO PROYECTO UNITARIO %

Demanda (kW) 1,093 973 120 10.98

Consumo (kWh) 537,913 493,668 44,245 8.23

Factor de carga (%) 70.22 74.35 -- --

Importe ($) 188,282 263,329 24,952.70 8.86

INVERSIÓN ($) 799,218.40 RECUPERACION (años) 2.7

M.R.


El continuo desarrollo de fuentes y sistemas paraalumbrado presenta nuevos retos a los diseñadoresen sistemas de iluminación, y posibilidades para elahorro de energía. Dentro de estas nuevas tecnologíasdestaca el uso de tubos de luz (light pipes), lámparasde inducción y diodos emisores de luz (LEDs). Elpresente artículo proporciona los principios defuncionamiento y posibles aplicaciones para estasnuevas tecnologías.

Tubos de luz

La tecnología de tubos de luz, también conocida comoalumbrado de fuente remota, está basada enla separación de la fuente de luz (lámpara)del área donde la luz se utiliza. Esta idea fuepropuesta desde 1880, aunque se desechóentonces debido a limitaciones técnicas.

El desarrollo de nuevos materiales hapermitido la comercialización de nuevos tiposde tubos de luz. Al principio, se usaron paraadorno o para aplicaciones especiales dondeno se podían instalar lámparas directamenteen un espacio; por ejemplo, donde se tieneequipo electrónico sensible, fuertes campos magnéticos,atmósferas explosivas, etc. Sin embargo ahora son muycomunes para distribuir luz artificial en edificios ycomercios.

Estos tubos de luz son fibras en forma cilíndrica hechasde acrílico claro. La superficie interior se raya con precisiónen forma de ranura prismática, lo cual causa una reflexióntotal interna. La transmisión de la luz a través de las fibraspuede explicarse por la ley física de Snell. Cuando la luzentra a la fibra en un ángulo pequeño, es transmitida almismo ángulo a través de la fibra. Esto se llama Reflexión

Total Interna (RTI) y, teóricamente, la eficiencia de latransmisión debe ser 100%.

La RTI ocurre continuamente dentro de la fibra y así laluz se transmite a todo lo largo. El ángulo de luznecesario para la RTI difiere según los índices refractivosdel núcleo y revestimiento. A mayor índice del núcleo ymenor índice del revestimiento, menor es el ángulo deluz necesario para alcanzar la RTI.

La operación de los tubos de luz se muestra en lailustración 1.

El haz de luz entra a las fibras desde una fuente externaque se muestra como una lámpara con su reflector; losrayos de luz chocan en el interior del tubo y son dirigidosa través de refracciones múltiples hasta el final del tubo.

Si se desea una emisión lateral a través del tubo,entonces es necesario introducir algún mecanismo queanule la RTI y provoque que la luz escape de la fibra.Algunas técnicas comunes incluyen torcer la fibra paracausar distorsión interna, agregar impurezas reflectivas,cortes laterales o uniones de superficies reflectivas/difusivas dirigidas hacia la cubierta exterior.

ALTERNATIVAS TECNOLOGICASPARA SISTEMAS DE ILUMINACION

Ing. Guillermo González Milla*

*Ing. Electricista, egresado de la ESIME, IPN. Investigador del IIE.

Ilustración 1. Tubos de luz

Reflector Ventana deentrada

Tubo de luz

Espejo

Luz emitida desdela superficie

Lámpara

GENERALGENERAL


Como la reflectividad de la película interna dependedirectamente del ángulo en el cual el haz de luz chocacon la superficie interna de la fibra, es obvio que lascaracterísticas de la fuente de luz y el reflectorusado para enfocarla son críticas en el funcionamientodel tubo.

Existen varios tipos de tubos de luz para diferentesaplicaciones:

• Fibras emisoras axiales creadas para proyectar luzen un extremo.

• Fibras de emisión lateral que son usadas para crearefectos decorativos y que fueron diseñadas para emitirluz de manera uniforme sobre toda su longitud.

• Fibras de alta luminancia (brillantez) que son de tresa cinco veces más brillantes que la anterior.

• Fibras de extracción diseñadas para dirigir la luzsolamente a una porción de la circunferencia de lafibra; esta luz puede usarse en iluminación o paraefectos decorativos.

Los diámetros exteriores típicos de los tubos de luzvarían entre 10 y 20 mm.

La fuente de luz, el reflector y sus accesorios,denominados iluminadores, pueden instalarse en unlugar adecuado y seguro mientras la luz se transporta através del tubo de luz donde se necesite. El iluminadorpuede contener un filtro para absorber luz infrarroja (IR)o ultravioleta (UV), filtros de colores, ventiladores o unadaptador para ser acoplado a controladoresprogramables por computadora.

El iluminador cuenta con ventilador para dar salida alcalor de las lámparas usadas. Asimismo, puedecontener mecanismos para evitar condensación de aguao extracción de polvo que puedan crear peligro adicional.

La lámpara de tungsteno-halógeno generalmente es lapreferida para iluminación de exhibidores. Esrelativamente barata y, aunque su flujo luminoso es dealguna manera pobre, tiene excelentes características derendimiento de color que la hacen ideal para estaaplicación.

Para aplicaciones donde se requiera más luz, la lámparade aditivos metálicos es ideal, ya que proporciona mayorflujo luminoso, tiene más vida y una alta temperaturade color.

La vida de los tubos de luz es de aproximadamente 10años y depende del entorno en el cual se use. La vidadel iluminador depende en gran medida del tipo delámpara y de cuánto tiempo se use. Una lámpara detungsteno -halógeno tiene una vida de 2,000 h, en tantoque una de aditivos metálicos tiene una vidasignificativamente mayor (10,000 h.).

Las pérdidas de luz durante la transmisión son, aproxi-madamente, para una distancia de 10 metros, de 25%; a20 m de 45% y a 30 m de 60% más o menos. La longitudde la fibra, que es visualmente uniforme en brillantez,depende del iluminador usado, así como del tipo de fibra.

Algunas ventajas de los sistemas de tubos de luz son:

• Su tamaño compacto y flexibilidad permiten que lasfibras puedan llevarse a través de formas complejas.

• Su tamaño relativamente pequeño también es conve-niente para exhibidores y lugares pequeños donde elespacio es limitado.

• Las fibras pueden ser llevadas en el agua o en formasubterránea, lo que resulta ideal para iluminar lugaresbajo el agua.

• Ya que estas fibras no generan luz IR o UV, son idealespara iluminación de museos, bibliotecas y otras aplica-ciones donde estos tipos de luz puedan ser dañinos.

• También pueden usarse para iluminar señales desalida, escalones en teatros y túneles.

• Las necesidades de mantenimiento para el sistemasólo son necesarias para el iluminador.

• Permite todo tipo de diseños debido a que la luz puedeinstalarse en cualquier lugar y dar los efectos de ilumi-nación deseados.

El uso de tubos de luz puede ser una alternativa para elahorro de energía como fuentes de luz de alta eficacia,además de que en el caso de las lámparas de aditivosmetálicos emiten menos calor que los sistemasconvencionales. Por ejemplo, en iluminación decorativa(fuentes, fachadas de edificios, restaurantes), el uso detubos de luz puede disminuir el consumo en aproxima-damente 30% con respecto a lámparas incandescentes,o sustituir los tubos de gas neón que actualmente seusan, los cuales emplean balastros de alto voltaje.

La posibilidad para hacer cualquier tipo de diseño hasido aprovechada, principalmente, por hoteles yrestaurantes para la creación de numerosas figuras,anuncios espectaculares, o bien para realzar el contornode los edificios con baja potencia del iluminador y cumplir


con la normatividad existente para exteriores deedificios.

Lámpara de inducción

Esta lámpara, también conocida como lámpara sinelectrodos (Ilustración 2) introduce un nuevo conceptoen la generación de luz.

Esta fuente de luz, comercializada desde 1994, operacon una bobina magnética que emite señales de altafrecuencia para ionizar los gases de la lámpara. Unoscilador de radiofrecuencia que opera a 13.56 MHzemite señales que son amplificadas y emitidas a unbulbo de vidrio a través de una antena de acoplamiento.A medida que los iones de mercurio transitan en estadosde energía, producen radiación ultravioleta a unalongitud de onda de 254 nanómetros. La radiaciónultravioleta choca contra la cubierta de fósforo del vidrio(en forma similar a las lámparas fluorescentes) que laconvierte en luz visible. Así, la principal ventaja de estetipo de lámpara, al no tener electrodos, es el enormeincremento en la vida nominal (cerca de 60,000 horas).Actualmente se encuentran disponibles en potenciasde 55 y 85 W, y su eficacia varía entre 60 y 70 lm/W.

Debido a su larga vida y emisión luminosa, la principalaplicación de este tipo de lámparas es para iluminacióngeneral en exteriores e interiores con alturas de montajemedias o altas, donde se tengan problemas demantenimiento o para reemplazar lámparas. Porejemplo, una lámpara de 85 W produce un flujo luminoso

de 6,000 lúmenes, equivalente al de dos lámparasfluorescentes de 40 W (3,000 lm por lámpara) o al de 4lámparas incandescentes de 100 W (1,560 lm porlámpara).

Una desventaja de este tipo de lámparas es que puedencausar interferencia en radio, televisión o sistemaselectrónicos.

Un ejemplo de aplicación lo constituye el famoso relojBig Ben en Londres, el cual fue iluminado en 1995por medio de 112 lámparas de 55 W, con lo que seestima la reducción de costos de mantenimiento yenergía en 60%.

Lámpara de azufre

Representa (Ilustración 3) un enfoque totalmentediferente en la tecnología de lámparas. El principio defuncionamiento en forma simplificada es el siguiente:en un pequeño tubo de vidrio de cuarzo sin electrodosse encuentran pequeñas cantidades de azufre y argón,elementos que son transformados en plasmapor una energía en microondas a 2.45 GHz por mediode un magnetrón. El argón calienta el azufre y lo

lleva a un estado gaseoso, formando moléculasdiatómicas las cuales, excitadas, emiten una bandacontinua de energía a medida que caen a menoresestados de energía (proceso llamado emisiónmolecular).

Ilustración 2. Lámpara de inducción

Molécula de vapor demercurio

Plasma de vaporde mercurio

Campo magnético

Cubierta defósforotricolor

Luz visible

Radiaciónultravioleta

Antena deacoplamiento

de energía

Osciladoramplificador

Continúa en la página 28 ☞


Las propiedades físicas de los átomos de azufreexcitados aseguran que la mayor parte de la energíaen microondas sea convertida en luz, mientras que unpoco de energía se emite en forma de radiaciónultravioleta o infrarroja.

Un desarrollo de lámpara de 1 kW se presentó en 1995.El consumo total del sistema es 1,375 W, y el bulbo norequiere enfriamiento. La emisión luminosa esaproximadamente de 130,000 lm. También se haninstalado, para pruebas, alrededor de 2,500 lámparasde este tipo en Estados Unidos, Europa y Asia, pero seespera que tengan una vida de alrededor de 50,000horas y su eficacia sea de 110 lm/W, equivalente a laeficacia de un buen sistema de sodio de alta presión.

El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE)ha instalado lámparas de azufre en la plaza Washingtonde sus oficinas centrales. De acuerdo con el DOE, doslámparas de azufre reemplazan a 240 lámparas demercurio convencionales y producen cuatro veces másluz con sólo un tercio de electricidad.

Una aplicación de este tipo de lámparas, en combinacióncon tubos de luz, puede ser atractiva en ciertas áreaspara iluminación general, ya que con una sola lámparade 1 kW se puede proporcionar igual nivel de iluminacióngeneral que alrededor de 80 lámparas incandescentesde 100 W (carga total 8 kW) o que aproximadamente 40lámparas fluorescentes de 40 W (carga total 1.6 kW).

Diodos emisores de luz (LEDs) parailuminación

Los muy conocidos LEDs, utilizados comoindicadores luminosos en aparatos elec-trónicos, han tenido avances importantesdurante los últimos diez años.

Los LEDs son dispositivos semiconductoresen estado sólido que convierten la energíaeléctrica directamente en luz. Tienen graneficacia, son extremadamente pequeñosy durables y la mayor parte de la energíaque radian es en el espectro visible. Lailustración 4 muestra esquemáticamente unLED típico.

Reflector

Azufre Gas noble

Malla dealambre

Bulbo Rotatorio

Energía demicroondas

Ilustración 3. Lámpara de azufre


El tamaño de la pieza semiconductora, también llamadachip, típicamente es de 0.25 mm2, lo que permite que elLED y los arreglos de las lámparas sean muy pequeñosy delgados.

El material productor de luz en un LED es un semicon-ductor de alta pureza, especialmente preparado, conpequeñas cantidades controladas de otros elementosagregados. Se usan dos clases de aditivos. Uno producematerial tipo-n que tiene un exceso de electrones loca-lizados, y el otro produce material tipo-p que tiene pocoselectrones, u hoyos, los cuales actúan como cargas posi-tivas. Estas impurezas crean una interfase entre losmateriales tipo-p y tipo-n que recibe el nombre de unión.Los materiales en la unión determinan la longitud deonda emitida.

Estas propiedades han permitido desarrollar LEDs dediferentes colores que se pueden utilizar en aplicacionesdistintas a las de indicadores, tales como anuncios desalidas en cines y teatros y alumbrado de señales detráfico.

La sustitución con LEDs de lámparas incandescentesen semáforos constituye una buena alternativa parael ahorro de energía. Los semáforos tienen lámparasincandescentes de 75 ó 150 W (la potencia varíacon el color, la luz roja, por ejemplo, requiere mayor

Encapsulado epóxicodomo cristalino, no difuso

Fijación de laconexión del cable

Terminal del ánodo

Marco de acero templado,soldado, ahogado en plomo

Cable de cátodo, más cortoque el ánodo

Placa del lado del domoindica el cátodo

Terminal del cátodocon copa reflectora

Chip del LED

Ilustración 4. Partes de un LED típico potencia), que pueden ser cambiadas por LEDsque requieren de 10 a 15 W, obteniéndose consi-derables ahorros de energía eléctrica en lasgrandes ciudades. Por ejemplo, en Newton,Massachusetts, se instalaron 2,222 LEDs en1999, y se reportan ahorros del 60% en lafacturación. También, en la ciudad de Guadala-jara se han instalado 400 conjuntos para analizarlos ahorros de energía y disminuir los costos demantenimiento.

Actualmente se analiza la posibilidad dedesarrollar lámparas con LEDs para iluminacióndirigida, sistemas de iluminación general, etc.

CONCLUSIONES

Aun siendo relativamente nuevo, el uso de tubosde luz aumenta de manera continua, en particularcuando se trata de iluminación decorativa, dondepueden ser adaptados fácilmente a los cambiosde los diseñadores y usuarios finales.

Las nuevas fuentes de luz, como la lámpara de induccióny la de sulfuro, además del ahorro de energía, puedenproporcionar ahorros en la instalación y mantenimiento,lo que asegura su nicho de mercado, especialmente eninstalaciones de gran altura o difícil acceso.

De los resultados obtenidos por la sustitución delámparas incandescentes por LEDs en semáforos, esde esperar que éstos sustituyan en un futuro cercano aaquellas fuentes de luz. Asimismo, la investigación denuevos materiales para LEDs promete, para un futuro(2010), que puedan incrementar su eficacia a valoresentre 10 y 50 lúmenes por Watt.

REFERENCIAS

3M Manufacturer lightfiber, technologies. Información eninternet www.3m.com.

Philips Lighting. The light site in America. Informaciónen internet www.lighting.philips.com.

Increasing Market Penetration of LED Traffic Signal yNew York State: LRC, Final Draft, July 20, 2000. M.R.


En este trabajo se presenta un modelo matemáticodel comportamiento energético de módulos de pruebaa escala y su verificación experimental. El modelodetermina la historia del consumo de energía eléctrica,necesario para mantener las condiciones de confortal interior de los módulos, con respecto a la variaciónde los materiales de los techos y ventanas, para esta-blecer criterios de aplicación de dichos materiales enla industria de la construcción.

También se presentan los resultados medidos delconsumo de energía acumulada para los módulos contechos, tanto de losa monolítica como de vigueta ybovedilla, con ventanas de marco de madera y vidriosreflectasol, filtrasol y claro.

Las mediciones en campo y el modelo electrotérmicodesarrollado presentan diferencias promedio de 16%.Se detectó que la sustitución de la losa monolítica convidrio claro, por la de vigueta y bovedilla con vidrioreflectasol, puede lograr hasta un 34% de ahorrode energía eléctrica en el uso de aire acondicionado.

La “crisis energética” de 1973 dio lugar a cambios es-tructurales en los patrones de consumo energético devarios países, sobre todo de los desarrollados.En México, el uso eficiente de la energía es un rubrode gran importancia para todos los sectores de lasociedad.

Una de las áreas de oportunidad para el uso eficientede la energía es la investigación y desarrollo de sistemasy equipos acondicionadores de aire. En un edificio, lainversión necesaria para equiparlo con aire acondicio-nado puede llegar a representar entre 10 y 20% delcosto total y el primer lugar en consumo de electricidad.La CONAE reporta que los edificios con aire acondicio-

nado pueden triplicar la densidad de potencia respectoa los que no cuentan con dicho equipo.

Los estudios térmicos en edificaciones de tamaño real soncostosos debido a los diseños, la cantidad de materiales,la instrumentación y el total de variables que intervienen.

Se han realizado estudios sobre la conveniencia de usarcajas pequeñas como modelos térmicos de edificios. Asípara un diseño particular de una habitación, el modelopodría ser transportado fácilmente y colocado en un sitiodado, a fin de investigar la influencia de los materialesde la región, midiendo la cantidad de energía que entraa cada módulo para cierto clima y acoplarlo con loselementos suficientes de aire acondicionado paraeliminar el calor ganado. El modelo térmico, evaluadocomo un conjunto, proporcionará elementos de decisiónimportantes para el ahorro y uso eficiente de la energía.

El uso de modelos a escala se basa en el principio de lasimilitud dinámica. Desde 1975 (Moore, 1982), se hanusado cajas pequeñas para pruebas comparativas ypara validar simulaciones de modelos.

En Europa, más recientemente, el proyecto PASSYSempleó celdas de prueba exterior de alta calidad paraprobar el funcionamiento solar y térmico (activo y pasivo)de componentes de edificios (Vandeale, 1993).

En México, Alvarez,et. al. (1997) llevaron a cabo el diseño,la construcción y la caracterización de tres módulos deprueba a escala, los cuales permiten instalar diferentestipos de vidrios y de losas para techos de diversos mate-riales, con el propósito de conocer su respuesta térmica.

El trabajo incorpora aire acondicionado en cada uno delos tres módulos desarrollados por Alvarez, esto con la

MODULOS DE PRUEBA DEEDIFICACIONES PARA REDUCIR EL

CONSUMO DE AIRE ACONDICIONADO

M. en C. Higinio Acoltzi*, Dra. Gabriela Alvarez**

*M. en C. de IngenieríaTérmica. Jefe de Proyectos del I.I.E. [email protected]**Coordinadora del Programa de Postgrado de IngenieríaTérmica de CENIDET. [email protected]


intención de cuantificar la energía eléctrica necesaria encada una de las combinaciones de materiales, paramantener las condiciones de confort en los módulos. Sereportan los resultados del análisis teórico y experimental.

MODELO MATEMATICO

En la figura 1 se presenta el esquema del módulo deprueba a escala, acoplado con un sistema de aireacondicionado.

A fin de determinar la energía necesaria para alcanzarla temperatura de confort en el interior del módulo, serealiza un balance general de energía:

(1)

Donde: la energía que entra es función del producto delárea de la ventana por la transmitancia del vidrio causadapor la radiación solar (AνrνGν), más el producto delcoeficiente de conductividad térmica de la losa, por elárea de la misma, por la razón de su diferencia de tem-peratura y su espesor (kLAL [∆ΤL /∆xL]); la energíagenerada es función del producto del área de la ventanapor la absortancia del vidrio, por la radiación solar(AνaνGν); la energía de salida es función del productodel coeficiente global de pérdidas de la caja por el áreatotal de la misma, por la diferencia de temperaturas interiory exterior, más el efecto neto de enfriamiento (Ucac[Ti-Ta]+Qev); y la energía almacenada es función del productode la masa y la capacidad calorífica de la caja por lavariación de la temperatura interior con respecto altiempo (mCp)c [dTi /dt ]).

Las contribuciones de cada término se ilustran en lafigura 1.

Si consideramos idealmente que el uso del aireacondicionado mantendrá la temperatura interior (Ti)constante durante todo el proceso, entonces no existiráenergía almacenada, por lo que:

Si se sustituye cada uno de los términos en la ecuación(1), y consideramos que es un sistema cuasiestable, elefecto neto de enfriamiento, Qev, es:

(2)

Al conocer la relación de eficiencia energética, REE, yel tiempo que opera el equipo de aire acondicionado,se obtiene el consumo de energía:

(3)

DISEÑO DE LOS MODULOS

El dispositivo experimental consta de un banco de prue-bas que varía la inclinación de los módulos (fig. 2). Sobreeste banco se montan los tres módulos de prueba,mientras que otro banco con las mismas medidasse utiliza para contener los tres equipos de aireacondicionado que se acoplan a cada módulo de

prueba.

Cada módulo consta de una caja (0.60 m x0.60 m x 0.60 m) con tres paredes y el pisoaislados, y la pared frontal es un marco demadera en el cual se monta el vidrio deprueba (que simula una ventana).

En la parte superior se encuentra un sopor-te de madera para montar las losas de prue-ba del techo. La pared posterior tiene dosorificios de 0.1016 m (4”) de diámetro paraque, a través de ellos, se acople el sistemade aire acondicionado.

E entra + E generada = E sale + E almacenada

AIRE ACONDICIONADODE EXPANSION DIRECTA

CondensadorSerpentín deenfriamiento

Tubo capilar

Compresor

Ventilador

Qc

2 1

4

3

Pvent.

Pcomp.

kLAL(∆TL/∆xL)

t vAvGv

avAvGv

TiGv

Ta

(UA)c(Ti- Ta)

MODULO DE PRUEBA

Qev

Techo de prueba

Vidrio deprueba

Figura 1. Esquema del sistema considerado en el modeloenergético de los módulos.

dtdTiEalmacenada = (mCp )c = 0

Qev = [av + tv] AvGv(t) + kL AL - (UA)c [Ti - Ta(t)]∆xL

∆TL

REE*1000Qev ∆t

kWh=


EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO

El sistema de enfriamiento es por compresión mecánicay expansión directa, y está acoplado a los módulosmediante dos conductos flexibles de 0.1016 m de diáme-tro por 0.50 m de longitud.

Se empleó el equipo comercial más pequeño de 5000BTU-h (cinco veces mayor que la capacidad requerida),con demanda eléctrica nominal de 625 W.

CARACTERIZACION

La caracterización de los módulos se hizo de acuerdocon la descripción que se hace en Alvarez et. al. (1997).En la tabla 1 se presentan los coeficientes globales depérdidas.

DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO

En cada caja se montaron ocho termopares tipo T, paramedir la temperatura interior, Ti, la diferencia de tempera-turas entre el interior y exterior de la losa, ∆TL, y la

diferencia de temperaturas entre el interiory exterior del vidrio, ∆Tv; además, seinstalaron dos termopares para registrar latemperatura ambiente, Ta. Todos lostermopares se conectaron a tres tarjetasmultiplexoras PCLD-789D y una tarjetaadquisidora PCL-812PG instalada en unacomputadora Pentium I.

Para medir los parámetros eléctricos seutilizaron tres medidores de energía eléctricamultifunción, forma 2S, clase 200. Cadaminuto se registraron: tensión, corriente,factor de potencia, demanda y consumo deenergía. La información se recopila al finalde cada prueba mediante el uso de unasonda óptica que conecta al medidor con lacomputadora.

La radiación solar sobre la losa y la ventana se midióutilizando un piranómetro blanco y negro y otro deprecisión espectral Eppley. La velocidad del viento seregistró mediante un termoanemómetro marca ALNOR.

En la realización de los experimentos los módulos seexpusieron a radiación solar directa durante 5.6 horasen promedio en junio y julio de 2000. Se experimentócon las ventanas de prueba orientadas al norte y al suren la ciudad de Cuernavaca, Mor., a 18.9º de latitud.

RESULTADOS

Las figuras 3 a 5 muestran la comparación entre elconsumo de energía eléctrica teórica y experimental delos módulos, para el día 23 de junio, con losa de viguetay bovedilla.

En la figura 3 se observan el consumo de energíaeléctrica instantánea generado por el modelo teórico ylos valores registrados experimentalmente. La líneateórica (gruesa) mantiene un perfil semejante al de laradiación solar (marcas triangulares); la líneaexperimental (delgada), que es la media móvil del valormedido, tiene prácticamente el mismo perfil.

Los perfiles incluidos, en la figura 3 presentan diferenciasde 8.3% en el módulo con vidrio claro, de 8.4% con elvidrio filtrasol y 12.6% con vidrio reflectasol.

Tabla 1. Coeficiente global depérdidas, U, en W/m2 °C

Vidrio LosaVigueta y Bovedilla Monolítica

Claro 3.90 4.96Filtrasol 3.59 4.20Reflectasol 2.64 3.19

Figura 2. Dispositivo experimental


0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

1200

1000

800

600

400

200

0

Vidrio Reflectasol

Vidrio Filtrasol

Vidrio Claro

Experimental Teórico

Experimental

Teórico

Experimental

Teórico

10:00 am 15:45 pm

CO

NS

UM

O D

E E

NE

RG

IA, k

Wh

RA

DIA

CIO

N S

OLA

R, W

/M2

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

120010008006004002000120010008006004002000

Tiempo transcurrido en horas

Figura 4. Consumo de energía acumuladacon losa de vigueta y bovedilla, por tipo de vidrio

Figura 3. Historia del consumo de energía eléctrica instantáneo para lalosa de vigueta y bovedilla

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

120010008006004002000

0.004

0.003

0.002

0.001

0.000

Vidrio Reflectasol

Vidrio Filtrasol

Vidrio ClaroExperimental

Teórico

Experimental

Teórico

Experimental

Teórico

15:20 pm10:00 am

CO

NS

UM

O D

E E

NE

RG

IA, k

Wh

RA

DIA

CIO

N S

OLA

R, W

/M2

120010008006004002000

1200

1000

800

600

400

200

00.004

0.003

0.002

0.001

0.000

0.004

0.003

0.002

0.001

0.000

Tiempo transcurrido en horas

Las figuras 4 y 5 muestran la energía eléctrica acumula-da durante el tiempo de prueba. En la figura 4 se observaque los resultados medidos siempre son mayores quelos calculados, y en la figura 5 se aprecia que el módulocon el vidrio claro consume más energía que el que

tiene el vidrio reflectasol. El ahorro de energía eléctricaobservado con respecto al módulo con vidrio claro (fig.5), es de 13.8% utilizando vidrio filtrasol, y de 27.4%con vidrio reflectasol.


Las diferencias entre los modelos teórico y experimentalse atribuyen principalmente al tamaño del sistema de aireacondicionado y a que la relación de eficiencia energética(REE) cae con valores bajos de carga (DOE, 1981).También pueden deberse a que el modelo teórico no con-sidera las pérdidas de energía en el acoplamiento, lasinfiltraciones y el efecto de la humedad relativa, y es mássensible a las diferencias de temperatura en los techos yventanas, y éstas, a su vez, a la velocidad del viento.

Estos y otros resultados de consumo se normalizarona un tiempo de prueba de cinco horas para lacomparación directa de resultados (tabla 2).

En la tabla anterior se observa que la orientación de lasventanas de prueba afecta los resultados finales. Paralos días de experimentación, en la latitud de 18.5º, se tieneque el recorrido del sol se ubica al norte del cenit. Así,unaventana orientada al norte recibe una radiación máximade 445 W/m2, y otra orientada al sur tiene 196 W/m2. Losvidrios con filtro tienen alta absortancia, por lo que al recibirpoca energía no se calientan lo suficiente como paramarcar las diferencias esperadas en la orientación sur. M.R.

Los resultados permiten establecer los ahorros potencia-les de energía eléctrica para el acondicionamiento de aire,mediante las combinaciones aquí descritas (tabla 3). Deesos datos sobresalen los ahorros que resultan de compa-rar la peor combinación (losa monolítica con vidrio claro)y la mejor (losa de vigueta y bovedilla con vidrio reflecta-sol); se obtienen potenciales de ahorro de energía dehasta 37% en el modelo teórico y 34% en el experimental.

CONCLUSIONES

Con lo aquí expuesto, se verifica experimentalmente elmodelo matemático de consumo de energía eléctrica paramódulos a escala de edificios, a fin de probar materialespara techos y ventanas. El comportamiento del modelomatemático es similar al del experimental durante lamayor parte del tiempo. El modelo electrotérmico teóricopredice el consumo de energía eléctrica con unadiferencia de 16% respecto al experimento.

El modelo electrotérmico reporta que emplear losa devigueta y bovedilla con vidrio reflectasol en lugar de losamonolítica con vidrio claro, logrará alrededor del 37%de ahorro.

El uso de módulos de prueba a escala es una herra-mienta práctica y económica para contar con una primerainformación cuantificada sobre el ahorro de energía enedificios.

REFERENCIAS

Alvarez G., et. al., 1997. Estudio térmico de módulos de prueba aescala utilizados para probar materiales de ventanas y techos. IICongreso de la Academia Nacional de Ingeniería Mecánica; ANIM-DGIT, Chihuahua, Chih., pp. 199-203.Department of Energy. 1981. DOE-2 Engineers Manual, Version 2.1A,Chapter IV.Moore Fuller. 1982. Passive Solar Test Modules, Passive Solar Journal,vol. 1, No. 2, pp. 91-108.Vandeale L., Wouters P., Fisch N., Voit P. 1993. The use of OutdoorTest Cells for Thermal and Solar Building Research within the PASSYSProject, Building and Environment, Great Britain, vol. 28, No. 2, pp.107-113.

Figura 5. Consumo de energía acumuladacon losa de vigueta y bovedilla, por tipo de origen

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5Tiempo transcurrido en horas

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

1200

1000

800

600

400

200

0

Experimental

Teórico

V. Claro

V. Reflectasol

V. Filtrasol

V. Claro

V. Reflectasol

V. Filtrasol

10:00 am 15:45 pm

RA

DIA

CIO

N S

OLA

R, W

/M2

CO

NS

UM

O D

E E

NE

RG

IA, k

Wh

1200

1000

800

600

400

200

0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Orie

ntac

ión

Tabla 2. Resumen de consumos de energíaeléctrica totales, normalizados a cinco horas (kWh)

Vidrio de prueba

Losa Fecha Claro Filtrasol ReflectasolTeó. Exp. Teó. Exp. Teó. Exp.

Vigueta y N 23-Jun 0.59 0.66 0.50 0.56 0.42 0.49Bovedilla S 26-Jun 0.52 0.62 0.47 0.56 0.46 0.55

N 03-Jul 0.67 0.74 0.59 0.66 0.56 0.61Monolítica S 04-Jul 0.56 0.59 0.52 0.55 0.52 0.56

S 06-Jul 0.54 0.54 0.49 0.50 0.47 0.46

Tabla 3. Resumen de potenciales de ahorro deenergía eléctrica por sustituir vidrio claro

VidrioLosa Orientación Fecha Filtrasol Reflectasol

Teó. Exp. Teó. Exp.Vigueta y Norte 23-Jun 14.5 14.3 28.1 25.7Bovedilla Sur 26-Jun 8.3 10.2 9.9 10.7

Norte 03-Jul 12.4 11.0 16.8 18.3Monolítica Sur 04-Jul 7.8 7.4 7.4 6.2

Sur 06-Jul 9.6 7.7 13.0 14.8


TM


En forma general, el presente artículo aborda larelación que existe entre el medio ambiente y el ahorrode energía eléctrica, especialmente en los Programasde Administración por el Lado de la Demanda (ALD).

En forma particular se describen los impactosambientales potenciales, derivados del uso y desechode los equipos de aire acondicionado tipo cuarto, seahonda en las características de sus refrigerantes, asícomo en la relación que éstos guardan con losprotocolos de Montreal y Kioto.

Finalmente, se comenta la incidencia que tienen, tantolos fabricantes como las instituciones que implementanprogramas de ALD, sobre la parte ambiental de losprogramas de sustitución de equipos de aire acondicio-nado tipo cuarto. Además se describe brevemente, elprograma piloto desarrollado por el FIDE como un casoexitoso.

EL MEDIO AMBIENTE, DE EFECTO SECUNDARIO ACAUSA RELEVANTE PARA EL AHORRO DEENERGIA ELECTRICA

La crisis energética mundial ocurrida en 1973,propició el florecimiento de la eficienciaenergética observado en el último cuarto del sigloXX. Durante los primeros años de ese auge, losbeneficios ambientales derivados del esfuerzoeficientizador fueron considerados como unsubproducto que, si bien era visto con buenosojos, distaba mucho de ser su causa primordial.

En aquel entonces los análisis de beneficio-costo(B/C) de los programas de ahorro de energíaeléctrica en el usuario final, conocidos comoprogramas de ALD, no incluían en forma directa

los beneficios ambientales, primordialmente por laimposibilidad de cuantificarlos en forma certera, asícomo por la dificultad de asignarles un valor monetarioy se les reportaba en la lista de “otros beneficios nocuantificables”, hoy denominados externalidades.

Pero en el renglón ecológico de esos análisis, no sólono eran incluidos los beneficios antes mencionados,tampoco eran considerados ciertos costos relacionadoscon la mitigación o la prevención de impactosambientales derivados de la implementación de losprogramas de ALD. Dichas omisiones obedecieron alentonces poco o nulo conocimiento del impacto deciertas sustancias al ambiente y de fenómenos como eldeterioro de la capa de ozono estratosférico, o el delcalentamiento global.

¿Quién se habría imaginado hace 30 años que paraefectos de disminuir el uso de sustancias agotadorasde la capa de ozono, existirían financiamientos para laimplementación de programas de sustitución desistemas de enfriamiento por otros eficientes queademás no la dañaran?

IMPACTO AMBIENTAL DE LOSPROGRAMAS DE SUSTITUCION DEEQUIPOS DE AIRE TIPO CUARTO

M. en C. José Mauricio Alarcón Alemán

*M. en C. Universidad de Calgary/OLADE.Coordinación de Planeación FIDE.


¿Quién pensaría entonces que los beneficioseconómicos derivados de la comercializaciónde emisiones evitadas certificadas de bióxidode carbono (CO

2), serían los que convertirían

en rentable algún proyecto de ahorro deenergía que estuviera en el margen de serlo?

Mas aún: ¿A quién se le ocurriría que la cre-ciente conciencia ambiental sería uno de losaspectos principales, destinados a impulsar alusuario de energía eléctrica a poner en prácticamedidas de ahorro de energía?

Las situaciones de los cuestionamientosanteriores son una realidad en México. Decualquier forma, no cabe la menor duda de queel paradigma original entre la eficienciaenergética y el medio ambiente, está cambiando.

LOS PROGRAMAS DE ALD COMO FACILITADORESPARA LOS OBJETIVOS AMBIENTALES

Existen ciertas características de los programas de ALDque, de ser correctamente aprovechadas, podrían serun facilitador para los objetivos ambientales.

Una consideración oportuna durante la etapa de diseñode un programa de ALD, puede convertir unarepercusión ambiental secundaria adversa, en un aciertodel programa. Por el contrario, una omisión en estesentido podría acarrear en el futuro algunasrepercusiones, que incluso podrían llegar al ámbito legal.

Dos de estas características son:

Su naturaleza de gran escalaDe la misma forma que la suma de pequeños ahorrosobtenidos por la implementación de cada acción de unprograma de ALD significan un gran ahorro, el total depequeños impactos ambientales, o de sus respectivosesfuerzos de mitigación, puede derivar, ya sea en unimpacto acumulativo de consideración, o en una accióndeterminante de mitigación.

La incidencia en la transformación del mercado ysu rentabilidadLa capacidad que tienen los programas de ALD de tiposustitución, de incidir en la transformación del mercadode tecnologías eficientes, debido a las grandes canti-dades de equipo abarcadas, los hace una alternativaviable para desplazar tecnologías con impactos

ambientales de consideración, por otras que, ademásde ahorrar energía eléctrica, los disminuyan y aprove-chen los altos niveles de rentabilidad que las medidasde ahorro conllevan por sí mismas.

LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO TIPOCUARTO Y SUS IMPACTOS AMBIENTALESPOTENCIALES

Existen tres tipos de emisiones contaminantesasociadas a la operación y desecho de los equipos deaire acondicionado tipo cuarto, que pueden tenerimpactos ambientales a nivel local, regional o global eincidir en el aire, suelo o agua y son:

Primer tipo de emisión:Los aceites lubricantes utilizados por los equipos de aireacondicionado tipo cuarto, cuando su desecho odisposición final no es adecuado.

En general, los aceites lubricantes gastados sonconsiderados como residuos peligrosos, de acuerdo conla Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOL-93. Tantopor su toxicidad como por su flamabilidad y estánclasificados con el número INE: RPNE1.1/03.

Segundo tipo de emisión:Los contaminantes que se liberan a la atmósfera comoresultado de la energía eléctrica generada porcombustibles fósiles y consumida durante la fabricacióny la operación de los equipos de aire acondicionado.

La presencia y cantidad de los contaminantes generadospara este caso dependen del tipo de combustible y, en


cierta forma, de la tecnología de combustión, como delas condiciones de operación y mantenimiento de lascentrales generadoras.

De manera general, los contaminantes referidos son:bióxido de carbono (CO

2), monóxido de carbono (CO),

óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NO

x),

Metano (CH4), óxido nitroso (N

2O), compuestos

orgánicos volátiles diferentes al metano (COVDM), asícomo partículas (PM) y tienen repercusionesambientales en diferentes niveles.

A escala local, y dependiendo del tipo de plantageneradora y del combustible utilizado, la emisión decontaminantes tales como el CO, el CH

4 y partículas,

pueden causar problemas de salud en poblacionesaledañas al punto de generación, principalmente deíndole respiratoria.

También localmente, ciertos contaminantes pueden serdañinos de forma indirecta: Tal es el caso de los NO

x y

de los COVDM’s que, en interacción con la luz solar,actúan como precursores de ozono troposférico quepuede causar síntomas respiratorios agudos.

A nivel regional los SOx y NO

x emitidos a la atmósfera

reaccionan con el oxígeno y con pequeñas gotitas deagua formando ácido sulfúrico (H

2SO

4) y ácido nítrico

(HNO3), respectivamente. Cuando las gotitas se

condensan forman lo que se conoce como “lluvia ácida”.

Los efectos de la lluvia ácida varían considerablementecon los tipos de vegetación, de suelo y con lascondiciones climáticas del lugar. En algunos casospueden causar la acidificación de lagos o ríos, dañarárboles y plantas, ayudar a movilizar compuestos tóxicospresentes en el suelo y rocas, o incluso dañar, porcorrosión, edificios y estructuras hechas por el hombre.

En términos globales, el CO2, el CH

4, así como el N

2O,

al ser liberados a la atmósfera durante el proceso dequemado de combustibles fósiles, contribuyen aintensificar un efecto que se da de manera natural enla atmósfera y se conoce como efecto invernadero.

Este fenómeno, que está relativamente bien compren-dido por la comunidad científica, consiste básicamenteen que una traza de gases como los tres mencionadosanteriormente, así como el ozono (O

3) y vapor de agua,

actúan como una cobija transparente en la atmósferaque permite que los rayos del sol incidan en la tierra

calentándola, pero no dejan que parte de ese calorganado, salga al espacio en forma de radiación infrarroja,siendo éste un proceso análogo al obtenido en uninvernadero común.

En años anteriores se desconocía la causa del cambioexperimentado en el clima terrestre durante el últimosiglo; sin embargo, de acuerdo con el más recienteinforme del Panel Intergubernamental de CambioClimático (IPCC, por sus siglas en inglés) existeevidencia científica que sugiere ya una influenciahumana discernible sobre el calentamiento observadodurante los últimos 50 años.

Se ha proyectado, además, que, de no tomarse medidasal respecto, la temperatura promedio global seincrementaría entre 1.4 y 5.8 ºC en el periodo abarcadoentre 1990 y el año 2100, y que debido a ello, entreotros efectos, se presentaría el derretimiento de ciertamasa de hielo glaciar y de los casquetes polares, lo quederivaría en un incremento del nivel del mar entre 0.09y 0.88 metros.

De igual forma se esperaría una modificación en lospatrones de precipitación pluvial, episodios másextremosos de sequía e inundaciones, correspondientesal fenómeno “El Niño”, e incremento en la variabilidadde la precipitación, que tiene que ver con el fenómenodel Monzón asiático, entre otros cambios.

Para el caso de México, su vulnerabilidad ante el cambioclimático es alta en la agricultura, especialmente en laszonas centro y norte del país. Se presenta, además,vulnerabilidad en las áreas de asentamientos humanos,desertificación, sequía meteorológica, ecosistemasforestales, recursos hidrológicos, industria y energía, asícomo en zonas costeras1.

Pero la relación entre el uso de aire acondicionado y elcambio climático va más allá de una simple causa-efecto.Existe, para este caso, una consecuencia denominada“efecto positivo de retroalimentación de calentamiento”,que consiste en que un mayor uso del aire acondicionadoconlleva a un incremento en las emisiones de Gases deEfecto Invernadero (GEI’s) lo que a su vez provocamayores temperaturas globales que, en su momento,llevan a incrementar el uso del aire acondicionado.

La anterior es una razón más para poner en prácticamedidas de mitigación, especialmente en este uso final,por sobre otras tecnologías.


Tercer tipo de emisión:Son las emisiones fugitivas de elementos refrigerantesque contienen cloro y que se presentan a lo largo de lavida útil del equipo, así como su liberación a laatmósfera, en la etapa de desecho del equipo usado.

Los equipos de aire acondicionado tipo cuartopresentan, en situaciones normales de operación,ciertas fugas de refrigerante a través de las estructurasque lo contienen y que pueden ser de alrededor de 5%de la carga original por año.

La cantidad de refrigerante liberado a la atmósfera porequipo se incrementa notablemente cuando éste esdesechado en forma no apropiada, o cuando el proce-dimiento utilizado en la extracción del refrigerante duran-te la etapa de reciclado, no se realiza con el cuidadosuficiente.

Una vez liberados, y a pesar de tener un peso molecularvarias veces mayor que el aire, tales refrigerantes, concontenido de cloro, son mezclados por el viento en laatmósfera baja por uno o dos años, para después sertransportados a la estratosfera, en donde son descom-puestos por una fuerte radiación ultravioleta solar. Deesta forma, el elemento cloro es liberado y cada uno deesos átomos logra destruir varios miles de moléculasde ozono que conforman la denominada capa de ozonoestratosférico.

En condiciones naturales, dicha capa protege a la tierradel peligro que representa la radiación ultravioleta (UV-B), y su deterioro permitiría que más radiación UV-Bincidiera sobre la superficie del planeta.

De acuerdo con el reporte del Programa del MedioAmbiente de las Naciones Unidas sobre los efectos deldeterioro de la capa de ozono2, el incremento deradiación (UV-B) se ha ligado: a una mayor incidenciade ciertos tipos de cáncer de piel y de cataratas, a lasupresión del sistema inmunológico humano, a dañosa cultivos y a organismos acuáticos, así como a unincremento en la formación de ozono en la superficieterrestre.

Específicamente, los tipos de refrigerante con contenidode cloro a los que se ha hecho mención son dos: losclorofluorocarbonos (CFC’s) y los hidrofluoroclorocarbo-nos (HCFC’s) descritos a continuación con más detalle.

Los CFC’sEn un afán por obtener un refrigerante que tuviera carac-terísticas termodinámicas apropiadas y que, además, fue-ra barato, altamente estable, y no tóxico ni flamable, elequipo de químicos de Dupont desarrolló, en 1928, unafamilia de gases denominados clorofluorocarbonos(CFC’s).

De ellos, el primero en comercializarse fue el CFC-12(CF

2Cl

2, Dicloro-difluoro-metano), y posteriormente el

CFC-11 (CFCl3, Tricloro-fluoro-metano) y clasificados

por ASHRAE3 , como R-12 y R-11 respectivamente.

Durante 46 años los equipos de aire acondicionadofueron fabricados con estos refrigerantes con la ideade que se estaba haciendo uso de un logro tecnológico.En 1974, el investigador mexicano Mario Molina,4 y elestadounidense, Sherwood Rowland, descubrieron suefecto negativo en la capa de ozono.

En varios países industrializados, como EstadosUnidos, la producción de los refrigerantesCFC-11 y CFC-12 está prohibida. En México laNOM-021 ENER/SECOFI/ECOL prohibe su usoen equipos de aire acondicionado tipo cuarto nue-vos que se comercializan en el territorio en ca-pacidades de hasta 10,600 W (36,000 BTU/h).

Los HCFC’sLos hidroclorofluorocarbonos (HCFC’s) sonquímicamente similares a los CFC’s, exceptoque contienen hidrógeno, además del cloro ydel fluoro. Estos compuestos han sidoconsiderados como refrigerantes alternativostransitivos, porque han ofrecido una solución decorto plazo a la sustitución de los CFC’s, ya que


su efecto destructivo del ozono es menor, aunquecontinúa siendo dañino.

Uno de los HCFC’s más utilizados en la actualidad enlos equipos de aire acondicionado en México es elHCFC-22 (R-22). Sin embargo, debido a la continuapreocupación sobre el deterioro de la capa de ozono,ya se ha programado y acelerado la salida de esteelemento en algunos países desarrollados. En EstadosUnidos la fase de salida del HCFC-22 empezará conuna reducción del 35% en la producción, empezandoen el 2003.

Los HFC’sExiste un tercer grupo de refrigerantes que, por nocontener cloro en su estructura, no dañan la capa deozono. Se trata de los hidrofluorocarbonos (HFC’s),compuestos que también han sido, en algún momento,elegidos para remplazar a los Clorofluorocarbonos(CFC’s) debido a sus altos méritos en seguridad ydesempeño. Sin embargo, tienen un efecto decalentamiento global moderadamente alto y es por esoque son considerados como gases de efectoinvernadero dentro del protocolo de Kioto.

Las mezclas de HFC’s tales como R407C y R410A sonreemplazos candidatos importantes para sustituir elCFC-22 en equipos de aire acondicionado unitarios.

En el caso de Japón, una porción significativa de sumercado de equipos de aire acondicionado tipo cuartoha sido convertida a R-407C. En el caso de Europa elR-407C ha sido el principal sustituto del HCFC-22.

Para el caso de EUA, en abril del 2001 solamente setenía un 5% del mercado para este equipo, haciendouso de refrigerantes con cero daño a la capa de ozono,aunque el Pánel de Evaluación Económica y deTecnología del Protocolo de Montreal prevee unincremento significativo para el año 2006.

Ultimos sustitutosExisten algunos sustitutos que todavía se encuentranen etapa de desarrollo, como es el caso de losiodofluorocarbonos (IFC). Otros intentos incluyen el usode CO

2 como refrigerante.

En general, los esfuerzos necesarios para el desarrollode nuevos refrigerantes deben estar dirigidos a queéstos sean no flamables, no dañen la capa de ozono,tengan bajo efecto en el calentamiento global y

relativamente baja toxicidad, que sean estables en lossistemas de aire acondicionado y compatibles con losmateriales de construcción de los sistemas de aireacondicionado comúnmente utilizados.

LA CONEXION ESPECIFICA ENTRE LOSPROTOCOLOS DE MONTREAL Y KIOTO PARA LOSEQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO TIPO CUARTO

El Protocolo de Montreal en breveEste acuerdo surge de la Convención Internacional deViena para la Protección de la Capa de Ozono y regulala producción de CFC’s y otras sustancias que deteriorandicha capa.

En julio de 1989 los clorofluorocarbonos (CFC’s) fueroncausa de restricción internacional bajo el Protocolo deMontreal, por el cual se acordó que el consumo de estassustancias se iría reduciendo por etapas hasta que laproducción se terminara. Desde esa fecha otroscompuestos como los HCFC’s, han sido incluidosdurante enmiendas posteriores a este protocolo.

El Protocolo de Kioto en breveEste acuerdo internacional surge de la ConvenciónMarco de las Naciones Unidas para el Cambio Climáticoy establece objetivos jurídicamente vinculantes, asícomo calendarios para disminuir las emisiones de gasesde efecto invernadero de países desarrollados.

Hasta agosto de 2002, aún no se había dado su entradaen vigor; sin embargo, se pretende que se asuma elcompromiso de reducir las emisiones colectivas en porlo menos 5% con respecto a los niveles de 1990. Losgases de efecto invernadero considerados son: CO

2,

N2O, metano (CH

4), hidrofluorocarbonos (HFC’s), per-

fluorocarbonos (PFC’s), y hexafluoruro de azufre (SF6).

A nivel de fenómenosTanto el deterioro de la capa de ozono, como el cambioclimático, son considerados dos problemas globalesdebido a que, sin importar dónde se originen lasemisiones de contaminantes que los crean, surepercusión daña al mundo en su conjunto. Ambos sonatribuibles a causas antropogénicas y, sin lugar a dudas,son dos de los problemas ambientales que han causadomayor revuelo en el mundo al cierre del siglo XX.

Ambos fenómenos están interconectados yaque comparten un número común de procesosfísicos y químicos. Así, los cambios en la capa de ozono


afectan el clima terrestre, y las modificaciones, tanto enel clima como en las condiciones meteorológicas,afectan la capa de ozono. Sin embargo, el deterioro dedicha capa no es una causa mayor del cambio climáticoy, en forma práctica, ese cambio representaría enrealidad un efecto de enfriamiento de relativamente pocaimportancia.

Otro aspecto que liga los dos fenómenos globales es elsiguiente: varios de los gases que están causando eldeterioro de la capa de ozono, también contribuyen alcambio climático y son abordados por los dos protocolos,como se muestra en la siguiente tabla:

Entender en forma adecuada los efectos ambientalesdel uso y desecho de los equipos de aire acondicionadoen programas de ALD, así como de las iniciativasinternacionales ligadas a tales efectos, es competenciade los actores involucrados que, con sus acciones,buscan obtener un desempeño ambiental positivo.

ROL DE DOS ACTORES INVOLUCRADOS CON LOSEQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO TIPO CUARTO

Los fabricantesLas nuevas tendencias ambientales ligadas en generala los procesos de fabricación, han llegado también alsector de los fabricantes de equipo de aire acondicio-nado tipo cuarto; esto se debe, en gran medida, a que

se identifica la atención prestada al aspecto ambiental,como una fuerte ventaja competitiva.

Los esfuerzos que diversos fabricantes internacionalesrealizan para minimizar los impactos ambientalesderivados del uso o desecho de sus equipos, se centranen el diseño y la producción de:

a) Equipo más eficiente que redunde en la disminucióndel consumo de energía eléctrica a lo largo de suvida útil y, por ende, en la reducción de la emisiónde contaminantes en la etapa de generación deenergía eléctrica.

b) Equipo que, con la misma capacidad, reduzca lacantidad de refrigerante utilizado o que empleerefrigerantes alternativos y mejore las estructurascontenedoras del refrigerante con el fin de disminuirsus emisiones fugitivas.

c) Equipo que considere la posibilidad de reciclar suscomponentes al término de su vida útil con el fin dedisminuir el impacto ambiental en la etapa final dedesecho. Esto es, que los productos puedan serdesensamblados y sus componentes reusados oreciclados a través de lo que se conoce comomanufactura inversa.

Un ejemplo de ello es el de un nuevo proyecto deFurukawa Electric, que se encuentra en etapa dedesarrollo y consiste en construir equipos de aireacondicionado totalmente de aluminio.

Pero no sólo es posible que el fabricanteminimice impactos ambientales a través demejorar sus diseños. Existen prácticas deresponsabilidad ambiental propias delfabricante, como la de participar activamenteen el proceso de desecho del equipo, una vezque ha terminado su vida útil, teniendo comobeneficios aquellos derivados de las prácticasde reciclado o reuso.

Instituciones implementadoras deprogramas de ALD

Para aquellas instituciones que realizanprogramas de sustitución de equipos de aireacondicionado tipo cuarto a gran escala:

REFRIGERANTESCFC’s HCFC’s HFC’s

Protocolo de Montreal P. de Kioto


• Si aún no se tiene, adquirir conciencia y compromisoambiental y demostrarlo a través de acciones concre-tas, como incluir en forma sistemática criterios y obje-tivos ambientales desde la etapa de diseño de losprogramas de ALD, especialmente en la selección dela tecnología.

• Dado que son estas instituciones quienes mantienenuna posición clave entre la fuente de financiamiento,los fabricantes y el mercado, son ellas quienes debeninfluir en los fabricantes para lograr alentar el patrónde producción ambientalmente sustentable.

EL FIDE Y LA PARTE AMBIENTAL DE SUPROGRAMA PILOTO DE EQUIPOS DE AIREACONDICIONADO TIPO CUARTO

El Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica esun organismo sensible a la problemática ambientalrelacionada con el ahorro de energía eléctrica y muestraun alto compromiso con la integridad ambiental que parael caso se requiere.

El FIDE, consciente de su posición clave y de la ingerenciaque sus programas de gran escala tienen ante latransformación del mercado, en relación con la comercia-lización de equipos que ahorran energía eléctrica, semuestra atento a apoyar tecnologías que, además de serlas más ahorradoras de energía, contribuyan a resolverlos problemas que aquejan al medio ambiente.

El programa piloto de sustitución que ha desarrolladoel FIDE con equipo de aire acondicionado tipo cuarto,ha sido implementado en varias ciudades del paísconsiderando la relevancia de su implicación ambiental,para lo cual se diseñó una etapa de recuperación yreciclado, en la que se contó con la participación deuna compañia productora de gases refrigerantes(empresa A), y otra productora y recicladora de aceiteslubricantes (empresa B).

Una vez retirado el equipo usado, éste se transporta yconcentra en las instalaciones de la empresa B, endonde personal especializado de la empresa A extraeel elemento refrigerante mediante prácticas adecuadaspara hacerlo.

Posteriormente, la empresa B extrae el aceite lubricantey, dependiendo de su estado, éste es tratado para sureuso o desecho, de acuerdo con los procedimientosestablecidos en la normativa ambiental mexicana.

El diseño adecuado del programa piloto de equipos deaire acondicionado tipo cuarto es uno de los logros queel FIDE ha tenido en el renglón ambiental. Sin embargo,todavía queda camino por recorrer y oportunidades poraprovechar. Tal es el caso de la creciente concienciaambiental de algunas empresas, para quienes el saberque las medidas de ahorro de energía eléctricacontribuyen a resolver la problemática ambiental que atodos nos aqueja, representa una prioridad dentro desu política estratégica interna. Organizaciones comoCoca-Cola, y Mc Donald’s, anunciaron programas paraapoyar la salida del uso de HCFC’s y HFC’s para el 2004en sus equipos de refrigeración.

CONCLUSIONES

En México, el medio ambiente está pasando de efectosecundario a causa relevante en su relación con elahorro de energía eléctrica.

En el caso de los programas de ALD, cuando desde suetapa de diseño se consideran sus impactos potencialesambientales adversos y sus posibles acciones de mitiga-ción, se puede, además, contribuir en forma integral alcuidado del medio ambiente y evitar complicacionesposteriores, incluso de índole legal.

En particular, existen diversos impactos ambientalesderivados de la sustitución de los equipos de aireacondicionado tipo cuarto, que inciden en el aire, sueloo agua y que se presentan tanto a nivel local, comoregional y global y que deben ser considerados en losprogramas de ALD.

Especial mención merecen las implicaciones ambienta-les globales derivadas del uso de refrigerantes, las cualesson atendidas bajo iniciativas internacionales como losprotocolos de Montreal y Kioto. Entender estas implica-ciones es un requisito fundamental para que, actorescomo los fabricantes y los implementadores de progra-mas de ADL, logren un desempeño ambiental positivo.

Diversos fabricantes internacionales de equipos de aireacondicionado tipo cuarto consideran una ventajacompetitiva el incluir en sus diseños los adelantostecnológicos que disminuyan impactos ambientalespotenciales derivados del uso y desecho de sus equipos.

Corresponde entonces a las instituciones implementa-doras de programas de ALD aprovechar su posiciónclave para mejorar los patrones de producción ambien-


talmente amigables, así como su influencia en latransformación del mercado.

Un ejemplo de la forma en la que puede considerarseel aspecto ambiental en un programa de ALD desustitución de equipos de aire acondicionado tipo cuartoes el desarrollado por el FIDE en su etapa piloto.

Referencias

• Bivens, D.B. (?). Refrigeration and Air Conditioningwith Reduced Environmental Impact. DuPontFluoroproducts, Wilmington, Delaware.

• Durán, R. (2001) Proyectos Piloto en Equipos de AireAcondicionado Tipo Ventana en el Sector Doméstico.Energía Racional, FIDE. Año 40, Julio-septiembre.Pp.37-41. México.

• Gay, C., Conde, C., Martínez, J., Betancourt, E.,Araujo, R. (?) Estudio de País: México. Vulnerabilidadde México ante el Cambio Climático Global.

• Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).(2001). Third Assessment Report. Climate Change2001 Synthesis Report: Summary for Policymakers.

• Lazarus, M., Von Hippel, D. (1995). A Guide toEnvironmental Analysis for Energy Planners.Stockholm Environment Institute, Tellus Institute.

• Secretaría de Desarrollo Social (1993). NOM-052-ECOL-93: Características de los Residuos Peligrosos,Listado de los Mismos y Límites que hacen un ResiduoPeligroso por su Toxicidad al Ambiente. Diario de laFederación, 22 de octubre de 1993, México.

• Secretaría de Energía. (2001). NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000, Eficiencia Energética, Requisitos deSeguridad al Usuario y Eliminación de Cloro-fluorocarbonos (CFC’s) en Acondicionadores de AireTipo Cuarto. Límites, Métodos de Prueba y Etiquetado.Diario Oficial de la Federación, 24 abril, 2001.

• UNEP (2001). Environmental Effects of OzoneDepletion: 1998 Assessment.

• UNEP (2001). Report of the Technology and EconomicAssessment Panel to the Montreal Protocol onSubstances that Deplete the Ozone Layer.

• UNEP (1999). The Montreal Protocol on Substancesthat Deplete the Ozone Layer: as Amended in Beijin,1999.

• World Meteorological Organization (WMO), UnitedNations Environment Program (UNEP) (1998),Scientific Assessment of Ozone Depletion:1988,Executive Summary, Global Ozone Research andMonitoring Project, Report No.44.

1 Para información más detallada al respecto consultar: Gay,C. Conde, C., Martínez, J., Betancourt, E., Araujo, R.Estudio de País: México. Vulnerabilidad de México ante elCambio Climático Global.

2 Environmental Effects of Ozone Depletion: 1998Assessment. United Nations Environmental Programme.

3 ASHRAE. American Society of Heating Refrigerating andAir-Conditioning Engineers.

4 Ver: Molina, M.; Rowland, F. S. (1974). Stratospheric Sinkfor Chlorofluoromethanes: Chlorine Atom-CatalysedDestruction of Ozone. Nature, Vol.246, No.5460, pp.810-812, 28 de junio. M.R.

Fórmula NombreCO2 Bióxido de carbonoCO Monóxido de carbonoSOx Oxidos de azufreNOx Oxidos de nitrógenoCH4 MetanoN2O Oxido nitrosoO3 OzonoSF6 Hexafluoruro de azufreH2SO4 Acido sulfúricoHNO3 Acido nítricoCFC´s ClorofluorocarbonosHCFC´s HidrofluoroclorocarbonosIFC´s IodofluorocarbonosPFC´s PerfluorocarbonosCFC-11CFCI3, Tricloro-fluoro-metanoR-11CFC-12CH F2CI Dicloro-difluoro-metanoR-12HCFC-22CH F2CI Difluoro-cloro-metanoR-22PM Partículas

COVDM Compuestos orgánicosvolátiles diferentes al metano



COMO OPERA EL PROGRAMA DEINMUEBLES DE LA ADMINISTRACION

PUBLICA FEDERAL

Ing. Azucena Escobedo Izquierdo*Ing. Carlos Chávez Baeza**

* Ing. Mecánico Eléctrico, UNAM. Subdirectora de Inmuebles, CONAE.**Ing. Mecánico, IPN. Director de Demanda Eléctrica, CONAE.

PRESENTACION

En sus primeros tres años de aplicación (1999-2001), elPrograma de Ahorro de Energía en Inmuebles de la Admi-nistración Pública Federal (APF), operado por la CONAE,ha logrado significativos resultados que no sólo handeterminado la permanencia de esta medida del GobiernoFederal, sino que en 2002 se ha hecho extensiva, demanera obligatoria, a más de 900 edificios públicos.

En este trabajo se describen los avances y la forma deoperación del Programa que, a un costo mínimo, lo hacolocado a la vanguardia en el uso de la Red con finesde asistencia técnica y en un punto de referencia paraotros países de Latinoamérica.

Mediante novedosos mecanismos de participación seinvolucra a los operadores de los edificios, en ellevantamiento de datos necesarios para las evalua-ciones. De manera paralela, en su sitio de Internet, laCONAE actualiza constantemente un portal específicopara los inmuebles públicos y brinda una serie de cursosde capacitación sobre el uso de las herramientasdisponibles en ese medio.

En este sentido, en 2002, como en los años prece-dentes, la Comisión proporciona asistencia técnica alas dependencias y entidades públicas para elcumplimiento de los objetivos del Programa, mediantela impartición de cursos y seminarios tecnológicos enmateria de ahorro y uso racional de la energía dirigidosa los responsables y operadores de los edificios;información sobre medidas de baja y nula inversiónorientadas a esta finalidad; material para campañasinternas; la realización de diagnósticos energéticos enlos sistemas de iluminación y la entrega de directoriosde fabricantes y compañías consultoras.

El acuerdo de la CONAE que establece las disposicionespara el ahorro de energía en las oficinas de la APFdurante el ejercicio fiscal 2002, fue publicado en el DiarioOficial de la Federación el pasado 31 de julio. El objetivode dicho ordenamiento es asegurar la eficienciaenergética en la Administración Pública Federal. Paralograrlo, obliga a todas las dependencias y entidadesque cuenten con uno o más inmuebles de más de 1,000metros cuadrados, destinados principalmente al uso deoficinas, a registrar sus consumos mensuales de energíaeléctrica ante la Comisión. Además, en función de susíndices actuales y según el área geográfica y uso deaire acondicionado, deberán aplicar medidas de ahorrosupervisadas por la propia Comisión.

Con estas disposiciones se asegura la continuidad delPrograma de Ahorro de Energía en la APF, cuyaaplicación durante el periodo 1999-2001 permitió alGobierno Federal ahorrar 100 millones de kWh,equivalentes a 70 millones de pesos.


Según datos actualizados, operan 106 Comités Internosde Ahorro de Energía en las diversas dependencias yentidades del sector público, se encuentran registrados917 edificios, con una superficie total de 4.8 millonesde metros cuadrados, y se han ofrecido 16 cursos ytalleres de capacitación a 744 funcionarios.

Experiencia

En sus doce años de experiencia la CONAE se distinguepor ser un organismo público que ofrece alternativasenergéticas a los diferentes sectores de la poblaciónmexicana, como también a otros países, que buscanahorrar y usar eficientemente la energía, y aprovecharlas energías renovables.

En los últimos años la institución se consolida, a nivelnacional e internacional, como una organización tipoen la promoción y desarrollo de programas y accionesde eficiencia energética.

Las funciones de la Comisión giran en torno a tres ejesbásicos: normalización, asistencia técnica y promoción.La evolución experimentada por el organismo hapermitido extender los alcances de sus programas y

crear novedosas herramientas tecnológicas a través deInternet.

A mediados de 1996, la CONAE operó el programadenominado “Cien Edificios Públicos” que concluyó aprincipios de 1999, luego de analizar cerca de 900 milmetros cuadrados en 98 edificios ocupados porinstituciones públicas, en los que se definieronpotenciales de ahorro que en promedio representabanel 20% del consumo de energía, principalmentemediante la sustitución de 98 mil lámparas, estosignificaba ahorros anuales de cerca de 11 millones depesos, previa inversión de 15.5 millones de pesosrecuperables a través de los ahorros.

Los estudios realizados por la CONAE dieron lugar a laaplicación de medidas de ahorro de energía en 34 delos edificios analizados, por ejemplo la SEMARNAP –hoy SEMANARNAT-, invirtió alrededor de un millón depesos en uno de sus inmuebles para reducir el consumode energía eléctrica en su sistema de iluminación.

¿Cómo opera el Programa?

Es importante señalar que el programa de referenciase diseñó con el propósito de considerar en sus accionesa los operadores de los inmuebles, para involucrarlosen el levantamiento de los datos necesarios para lasevaluaciones. De esta manera se afinaron metodo-logías, herramientas y bases de datos utilizables enprogramas de mayor alcance, como el que ahora seaplica, y se identificaron las barreras más importantesque enfrentan este tipo de proyectos en inmueblesoperados por el sector público.

De manera paralela, la CONAE actualiza, en su sitio deInternet, el programa de inmuebles públicos ybrinda un conjunto de cursos de capacitación sobre eluso de herramientas disponibles en ese medioelectrónico.

El Programa cuenta con tres niveles de operación, comose describe en la siguiente figura:

Nivel Ejecutivo. En este nivel se coordina la aplicacióndel Programa entre el Comité Técnico y los ComitésInternos de las dependencias y entidades del sectorpúblico.

Nivel Administrativo - Operativo. Se lleva a cabo lacoordinación entre la CONAE y el funcionario


representante de la dependencia o entidad para: aplicarlos lineamientos, registrar inmuebles, nombrar aresponsables y transmitir datos y resultados.

Nivel Operativo. Los responsables de los inmueblesparticipan en la capacitación sobre el uso de laherramienta para recopilar información y sobre lametodología. Realizan el levantamiento físico de losdatos del inmueble y transmiten la información ala CONAE a través de la página del Programa enInternet.

Por su parte, la CONAE capacita a los distintos actoresque intervienen en el Programa, apoya en ellevantamiento de datos, lleva a cabo el procesamientode la información, elabora reportes finales, colabora enla búsqueda de financiamiento y en la aplicaciónadecuada de las medidas sugeridas para el ahorro yuso eficiente de la energía.

A su vez, las dependencias y entidades de laAdministración Pública Federal son responsables delregistro de sus instalaciones en el Programa, así como

de apoyar el levantamiento de la información, contratar,en su caso, servicios de consultoría especializada en eldiseño de sistemas de iluminación, realizar lasinversiones necesarias para la aplicación de lasmedidas, y reportar los resultados derivados de éstas.

Conclusiones

• Las principales razones por las cuales se explican losbuenos resultados del Programa son, por una parte,su carácter obligatorio y, por la otra, la participaciónentusiasta de los funcionarios y operadores de losinmuebles públicos.

• El ahorro de energía dejó de ser una actividad aisladaen el contexto de los programas anuales de lasdependencias y entidades de la APF.

• Se involucró al sector privado en las acciones delPrograma mediante el establecimiento de reglas, tantopara los consultores en energía como para losfabricantes de equipos eficientes.

• Para aplicar el programa de la APF fue necesarioincorporar, a su estrategia y funcionamiento, el usode herramientas adicionales de comunicación, comoInternet y cursos a distancia.

• Los análisis de la CONAE sobre los consumos deenergía eléctrica en los inmuebles incorporados alPrograma, muestran que las dependencias yentidades logran considerables ahorros de energía alaplicar la Norma que regula las jornadas y horariosde labores en la APF.

Con éste y otros programas de gran alcance, que formanparte de su Plan de Trabajo 2001-2006, la CONAEbusca cumplir su misión de fomentar el ahorro y usoeficiente de la energía y el aprovechamiento de lasenergías renovables en beneficio de la sociedadmexicana. M.R.

NivelEjecutivo

NivelAdministrativo/Operativo

NivelOperativo

ComitéTécnico

CONAECentral

• Página CONAE• Capacitación• U3E• Puerto Atención

Comités• Dependencia• Entidad

FuncionarioRepresentante• Dependencia• Entidad

ResponsablesInmuebles

Comparación del índice anual de energía 1998 -2001 (111 Edificios: 1.02 millones de metros

cuadrados)

104.43

95.3294.22 94.06

106.00

104.00

102.00

100.00

98.00

96.00

94.00

92.00

90.00

88.00

ÍNDICE 98 ÍNDICE 99 ÍNDICE 00 ÍNDICE 01

kWh

/m2 -

año


METODOLOGIA PARA DETERMINAR LAPREVIABILIDAD DE UN SISTEMA DECOGENERACION EN UNA PLANTA

INDUSTRIALIng. Jorge Alejandro Maya Serrano. Ing. Federico Hungler SalcedaIng. Gustavo Domínguez Huacuja. Dr. Gaudencio Ramos Niembro*

* Comisión Nacional para el Ahorro de Energía

En el precio de un bien o servicio está implícito el costode la energía, la cual puede ser eléctrica, térmica oambas. En los últimos años dicho costo ha tomadoparticular interés por diversas razones, como son: elprecio de los combustibles, las restricciones ambienta-les y la necesidad de planificar el uso eficiente de losrecursos naturales en todas sus modalidades, entreotras.

Una de las tecnologías que más ha madurado paralograr ahorros de energéticos, es la producciónsecuencial de energía eléctrica y térmica. Aeste proceso de generaciónsecuencial se le conoce comocogeneración.

La Comisión Nacional para elAhorro de Energía (CONAE) hadesarrollado una herramientainformática que permite deter-minar el potencial de cogenera-ción en una planta industrial,comercial o de servicios. La herra-mienta es de uso gratuito y estádisponible para todo aquel que larequiera, en el sitio de la CONAEen Internet (www.conae.gob.mx).

Introducción

La mayoría de los procesos indus-triales, así como los centros comer-ciales o de servicios requieren, porun lado, vapor y/o calor a bajatemperatura y/o refrigeración y, porel otro, energía eléctrica, por loque, con el uso de la cogeneración

es posible satisfacer sus requerimientos de energía enforma global.

En una planta de generación termoeléctrica se quemanormalmente un combustible fósil para producir vapora alta temperatura y presión, el cual se hace pasar poruna turbina para generar energía eléctrica; posterior-mente, este vapor se envía a un condensador para qui-tarle la carga térmica y recuperar el agua para reiniciarel ciclo. En este proceso, aún en las plantas máseficientes, se logra una eficiencia menor al 40%, (verfigura 1).

132 UECombustible• Gas natural• Combustoleo• Carbón

43 UEEnergíaEléctrica

66 UEPérdidas en elcondensador23 UE

Pérdidas por radiación,convección, purgas,

transmisión y gases decombustión a la

atmósfera

Figura 1. Diagrama de Sankey de una central termoeléctricaconvencional


Por otro lado, en un proceso industrial, al adquirir susrequerimientos energéticos a través de las empresassuministradoras de energía eléctrica y combustible fósil,la eficiencia global que se alcanza en la planta es de un48%, como se muestra en la figura 2.

Por el contrario, en los sistemas donde se aprovecha laenergía de desecho, es decir, donde se genera energíaeléctrica y térmica en forma secuencial, la energía del

combustible se utiliza en forma más eficiente,alcanzando valores de hasta un 84%. Esto implica,desde el punto de vista del producto final, un mismoconsumo de energía, pero con un menor gasto decombustible. Por ello, las plantas de cogeneración son

excelentes inversiones en industrias con altos consumosde energía eléctrica y térmica (ver figura 3).

Figura 2. Diagrama de Sankey del suministro de energía de la industria

+

132 UEPara

generacióneléctrica

76 UEPara

generacióntérmica

208 UEutilizadas

43 UEEléctrica

57 UETérmica

66 UEPérdidas

térmicas en elcondensador

42 UEPérdidas

térmicas porradiación,

convección,purgas y

gases a laatmósferaUE= Unidad de energía

ηcaldera= 75%

Figura 3. Diagrama de Sankey de una planta de cogeneración

142 UEcombustible

43 UEEléctrica

Ahorro208 UE – 142 UE = 66 UE

31%

42 UEPérdidas térmicas

por radiación,convección, purgas

y gases a laatmósfera

Sistema deCogeneración

57 UETérmica


Ventajas de los sistemas de cogeneración

Las ventajas más significativas de la cogeneración,comparándola con los sistemas tradicionales degeneración de energía eléctrica, son las siguientes:

Confiabilidad y calidad en el suministro eléctrico. Existeun efecto doble: por un lado, dado que la generacióneléctrica es en el sitio, cuando se presentan fallas en laempresa suministradora, éstas no afectan el procesoproductivo; y por otro lado, cuando se presenta algunafalla en la autogeneración, se cuenta con el respaldode la empresa suministradora.

Flexibilidad operativa. La producción de la planta decogeneración se adapta a la demanda eléctrica de laplanta. Además, cuando existen excedentes de energíaeléctrica, éstos se venden a la red o se envían al socioo socios de la industria haciendo uso de la red eléctrica.

Disminución del impacto ambiental. Al consumir menoscombustible para obtener el mismo producto final, sereduce la emisión de contaminantes a la atmósfera.

Reducción de pérdidas eléctricas. Dado que la energíaeléctrica se genera en el sitio, o cerca del sitio,prácticamente no se tienen pérdidas por la transmisiónde la energía eléctrica.

Reducción de costos térmicos. La reducción de loscostos térmicos se refleja al generar la energía térmicarequerida por el proceso al utilizar los gases calientesde desecho provenientes de la generación eléctrica, lo

que implica que el costo de generación del vapor esmínimo comparado con la forma tradicional: caldera.

Reducción de la factura eléctrica de la empresa. Laeficiencia de generación eléctrica de un sistema decogeneración es superior o igual a la de una planta ter-moeléctrica de vapor convencional. Cuando ésta es ma-yor, los costos de generación son menores al de unacentral térmica de vapor convencional. Por lo tanto, el aho-rro esta también en una reducción de la factura eléctrica.

Reducción de costos totales. Al consumir en una formamás eficiente el combustible para generar la energíaeléctrica y térmica requerida por el proceso, los costostotales de energía en la elaboración del producto final,se verán disminuidos. Además, en caso de sufririnterrupciones eléctricas por parte de la empresasuministradora, éstos se eliminarán lo que implica queel producto será más competitivo en el mercado.

Sectores productivos viables para la selección deun sistema de cogeneración

Tradicionalmente, la cogeneración consistía únicamenteen la generación secuencial de energía eléctrica ytérmica, pero en los últimos años se usa esta últimapara la generación de frío, aire acondicionado orefrigeración, mediante un sistema de absorción.

Por lo anterior, los sectores más aptos para la instalaciónde un sistema de cogeneración, de acuerdo con susrequerimientos energéticos, pueden agruparse en trestipos: electricidad y calor, electricidad y frío y electricidad,

calor y frío.

Electricidad y calor . Los procesos deproducción que requieren estos tipos deenergía son: refinerías, siderurgia, celulosay papel, textil, ingenios azucareros, cemento,automotriz y cerámica.

Electricidad y frío. En este caso seencuentran principalmente los grandesedificios de oficinas, así como estadios ycentros deportivos cerrados.

Electricidad, calor y frío. Los procesos einstalaciones donde se requieren los trestipos de energía son: hoteles, hospitales eindustria de la alimentación, a los cuales seles conoce como trigeneración.


Metodología para determinar el potencialde cogeneración

En su sitio de Internet (www.conae.gob.mx)la CONAE cuenta con una metodología quepermite determinar el potencial de cogene-ración, esta metodología es una herramientade cómputo para analizar la previabilidad deinstalar un sistema de cogeneración, la cualpermite realizar dos tipos de análisis: térmico-eléctrico y financiero.

El análisis térmico-eléctrico permite al usua-rio conocer el esquema apropiado para suinstalación, dado que le proporcionainformación relativa a: la cantidad de com-bustible que requerirá el sistema, lageneración de energía eléctrica, incluidos losexcedentes eléctrico si éstos existen, el costoactual del kWh de la planta, el consumo específico delsistema (heat rate), y las eficiencias de generación ycogeneración.

La parte relativa al análisis financiero, es una hoja decálculo, que considera la relación beneficio/costo, la tasainterna de retorno y el tiempo real de recuperación parala evaluación del proyecto, así como la informaciónrelacionada a la reglamentación actual del sectoreléctrico en lo referente a tarifas eléctricas y venta deexcedentes.

Con relación a los consumos eléctricos y térmicos querequiere la herramienta, el usuario debe recopilar lainformación respectiva, correspondiente al ultimo añode operación.

Los sistemas de cogeneración deben diseñarse paraabastecer la totalidad de la demanda térmica, ya queeste esquema es el que arroja la mayor eficienciaenergética global de la planta. En efecto, la seleccióndel sistema de cogeneración se lleva a cabo con larelación calor/electricidad (Q/E), para determinar elsistema más factible; sin embargo, el usuario puedeescoger otro esquema de cogeneración, de acuerdo conlas siguientes opciones:

• Satisfacer la energía eléctrica y con postcombustiónalcanzar el requerimiento de energía térmica.

• Satisfacer la energía eléctrica y tener que condensaro vender excedentes térmicos.

• Satisfacer la energía térmica y tener excedentes deenergía eléctrica.

• Satisfacer la energía térmica y tener que comprarenergía eléctrica.

La información que requiere el programa es:

a. Facturación eléctrica de los últimos 12 meses;

b. Datos del proceso del vapor o medio de trabajo(parámetros termodinámicos);

c. Consumos y costos de combustibles durante unperiodo de 12 meses consecutivos;

d. Demanda del vapor o medio de trabajo durante unperiodo de 12 meses consecutivos;

e. Equipos consumidores de vapor;

f. Equipos generadores de vapor y de energía eléctrica; y

g. Datos de sitio (temperatura promedio anual, alturasobre el nivel del mar)

La información recopilada se captura en los formatosque muestra el programa y se almacena en el lugarque designe el usuario, pudiendo ser en disco duro oflexible.


El análisis se realiza de manera interactiva con el usuario,informándole a éste de las posibles alternativas y las impli-caciones de cada una de ellas, de manera que puedaseleccionar en forma óptima el sistema de cogeneracióny sus componentes. Esta alternativa presenta la ventajade que el usuario modifica uno o varios datos para hacerun análisis de sensibilidad, lo cual permite observar elcomportamiento de cada uno de los parámetros.

Los resultados de dicho análisis son: la cantidad deenergía eléctrica producida, la cantidad de vapor gene-rado o faltante, el índice de calor neto de la generaciónde electricidad, la eficiencia del sistema de cogenera-ción, la energía eléctrica excedente o faltante que se tieneque comprar o vender, según sea el caso, entre otros.

Después de que el usuario selecciona el sistema decogeneración, los resultados obtenidos se vinculan con

la hoja de cálculo del análisis económico, el cual se puederealizar de dos maneras: por costos unitarios ($/kW) opor costos desglosados de cada uno de los equipos. Elusuario deberá conocer estos datos y, usando lastécnicas de evaluación de proyectos: Valor presente neto(VPN), Tasa interna de retorno (TIR) y relación Beneficio/Costo (B/C), el sistema grafica la curva del VPN y muestrael tiempo de recuperación de la inversión. El usuariopuede hacer un análisis de sensibilidad económica alvariar el porcentaje de inversión, desde un 10% a 40%.

Conclusiones

Los sistemas de cogeneración representan actualmenteuna oportunidad de ahorro para el sector industrial, aumen-tando su productividad y competitividad. Al mismo tiempo,reducen el consumo de energía primaria a nivel nacional.

La aplicación de estos sistemas es una respuestaconcreta a las necesidades actuales y concuerda conlas políticas de globalización económica, regional einternacional, orientadas a conseguir un desarrollosustentable y un mejor ambiente.

Los resultados que arroja la Metodología de Previabilidad,proporcionan al usuario una idea aproximada de ladimensión y tipo del sistema de cogeneración, e informade la viabilidad económica que tendría el sistemapropuesto.

Al instalar un sistema de cogeneración se alcanza unamayor confiabilidad pues el suministro eléctrico de laempresa eléctrica suministradora se convierte ensistema de respaldo.

BibliografíaMonedero de la Vega, Arturo; Esquemas de cogeneración; Módulo I,Diplomado de cogeneración; DEPFI, UNAM; 1992.

Ruiz Esparza, Rogelio; Diseño de sistemas de cogeneración; Módulo II,Diplomado de cogeneración; DEPFI, UNAM;1992.

Portes Mascorro, Enrique; Alvarez Chávez José María; Seminario deinducción sobre sistemas de cogeneración; CONAE; 1995.

V. Ganapathy; Waste heat recovery deskbook; The Fairmont Press; 1992

V. Ganapathy; HRSG Temperature profiles guide energy recovery; TheFairmont Press; 1988.

Ley del servicio público de energía eléctrica; Diario Oficial de la Federación;1993.

Reglamento de la ley de servicio público de energía eléctrica; Diario Oficialde la Federación; 1997.

Figura 4. Pantalla de captura de información

Figura 5. Selección del sistema de cogeneración

M.R.

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EDITORIAL - FIDE · principales y derivados, interruptores, pastillas, contac-tos y apagadores, entre otros. Es decir, se llevaron a cabo levantamientos físicos de la cantidad y