Instrumentación

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Gestión de Energía y Diagnósticos Energéticos

3.2 Instrumentaciónpara la medición de parámetros

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Natural Resources Canada, Energy Savings Tool Box – An Energy Audit Manual and Tool

La Seguridad es Primero Las mediciones de cualquier sistema o proceso físico deben

ser siempre efectuadas con la debida consideración de los procedimientos de seguridad, por personas entrenadas y familiarizadas con el equipo y los procesos específicos implicados

Las mediciones del uso de la energía eléctrica son generalmente hechas con el equipo y los conductores energizados y deben ser ejecutadas solamente por el equipo técnico calificado y entrenado adecuadamente

Bajo ninguna circunstancia el equipo eléctrico energizado debe ser abierto por personal no calificado

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Equipo Mínimo de SeguridadCasco dieléctricoAnteojos de protecciónTapones auditivosRopa de algodón de manga largaGuantes de carnazaCalzado dieléctrico con casquillo depolicarbonatoCinta de precaución - para alertar a los demásde la presencia de equipo de medición

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Equipo de Seguridad

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Verdades de Perogrullo

La medición es el primer paso que conducehacia el control y la mejora.

Si algo no se puede medir, no se puedecomprender. Si no se puede comprender, no sepuede controlar, si no se puede controlar, nose puede mejorar.

Una medición tiene un significado realsolamente cuando es comparada con unestándar.

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Administración de la Calidad Total (TQM)

“No se puede controlar un proceso que no es medido

y no se puede administrar un proceso que no es controlado”

William Edwards Demming

DR© Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey | México, 2015 1

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Beneficios de la Medición y el Monitoreo

Producen información del proceso, tal como temperatura, presión y cantidadDeterminan por comparación el desempeño energético,

cuando se evalúa el progreso de los proyectos de energíaFacilitan el establecimiento de nuevos estándares de

desempeño y de objetivos operacionalesAdministración diaria y la corrección del desempeño

inaceptable (p. ej. logro de consistencia de la operación)Exposición del abuso de la energíaFacilitan la toma de decisiones relacionada con la mejora

de las operaciones

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Canadian Industry Program for Energy Conservation, Energy Efficiency Planning and Management Guide

Beneficios de la Medicióny el Monitoreo

Planeación de las iniciativas futuras de administración de la energíaComunicación del avance hecho en el desempeño de

la eficiencia de energía – estimulando el involucramiento e impulsando entre los empleados los reconocimientos de energíaJustificación de compras de planta y equipo nuevo

y/o modificaciones Integración de los datos de salida en un sistema

computarizado de administración de la energía

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Mediciones Más Útiles para el Monitoreo de la Energía

Algunas mediciones útiles para el monitoreode energía son:

Flujo (aire, agua, gases). Temperatura.Humedad.Nivel de Iluminación.Velocidad giro.Cantidades eléctricas (potencia, energía).


Estas variables deben ser medidas en elpunto de suministro a un área de la planta o a un usuario de energía único y grande, permitiendo por lo tanto la observación y el registro de los patrones de uso de la energía, los cuales le permitirán a los administradores establecer directamente objetivos de ineficiencias de energía.

El administrador de la energía requiere datosque sean confiables y exactos.

Mediciones Más Útiles para el Monitoreo de la Energía

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Canadian Industry Program for Energy Conservation, Energy Efficiency Planning and ManagementGuide

Oportunidades de Administración de la Energía de Bajo Costo

Adquisición de equipo nuevo de medición y monitoreo e instrumentación con una exactitud óptima.

Por ejemplo, las calderas de las plantas y otras instalaciones usando procesos de combustión consumen cantidades significativas de combustible. Para estas, es justificable la compra de un analizador de oxígeno y combustibles, debido a que un sistema de combustión de la caldera regularmente ajustado puede rápidamente recuperar la inversión del costo del equipo. Similarmente, el equipo que detecta las fugas de aire comprimido es una inversión que vale la pena. Oportunidades que se pagarán por sí mismas en un corto tiempo.



Instalación correcta. No se debe asumir que una instalación existente está funcionando correctamente tan sólo porque ha estado en uso durante años. Frecuentemente, las inexactitudes de la medición resultan de una instalación inadecuada que debe ser corregida. Ahora están disponibles las técnicas de medición no intrusiva, con requerimientos de instalación más fáciles.

Desarrollo de un diseño adecuado de los sistemas de instrumentos de medición


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Detectores de condiciones anormales (p. ej. puertas para almacenes refrigerados

dejadas entreabiertas; situación de sobreflujo del nivel del tanque).

Sensores de monitoreo de HVAC

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Oportunidades de Administración de la Energía de Actualizaciones En estas amplias categorías existen oportunidades de

actualización en el equipo de medición y monitoreo e instrumentación (y sus combinaciones): Reemplazo de controles neumáticos por controles

digitales directos. Un equipo o aplicación específico del proceso (p. ej.

caldera, la regulación de la demanda pico). Un escalamiento o desarrollo de un sistema de medición,

monitoreo e instrumentación y/o su integración en un sistema general de administración de la energía computarizado, en las instalaciones.

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La Caja de Herramientas del Auditor

Medidor de energía eléctricaAnalizador de combustiónTermómetroHigrómetroMedidores del flujoLuxómetroTacómetroDetector de fugas ultrasónico

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Medidores de Energía Eléctrica

Los instrumentos de medición de energía eléctrica son una de las herramientas disponibles más útiles y poderosas para el auditor de energía

Mostrarán claramente en dónde y cómo la potencia y la energía eléctrica son usadas y proveerán una percepción clara de cómo elequipo y los sistemas consumen otras formas de energía

Con la tecnología actual, no hay necesidad de que un auditor lleve medidores separados de volts, amperes y factor de potencia; a fin de ser capaz de medir la potencia eléctrica en watts. Los wattmetrosmodernos portátiles proporcionan todas estas funciones de medición,integradas en un aparato

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Wattmetro Monofásico

El wattmetro monofásico medirá el voltajemediante dos puntas de contacto y la corrientecon el uso de un transformador de corrientedel tipo gancho, referido comúnmente comopinza de corriente.

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Wattmetro Monofásico

El analizador de calidad de energía monofásico Fluke 43B otorga la función de Wattmetro


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Medidor de energía eléctrica

El analizador de calidad de energía trifásico Fluke 435 otorga la función de wattmetro

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Aplicaciones de los Wattmetros

Desarrollo de inventarios de cargaEl wattmetro portátil puede expeditar la recolección de valores individuales de carga kW

Perfil de demanda de una acometida, subestacióno CCM

Para desarrollar perfiles de demanda de laplanta, edificio o de todo el sistema. Estorequerirá el uso de un medidor trifásico,usualmente con transductores de corrienteopcionales, para medir las grandes corrientes enlas barras y conductores

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Sistema de proceso o equipoPara un sistema particular puede ser posible aislar un grupo de cargas específicas, equipo, celda de fabricación o proceso de la planta

Medición de cargas individualesUn wattmetro monofásico puede ser utilizado para efectuar mediciones puntuales o de grabación de cargas de motores, ya sean de una o de tres fases; en tanto que con la función de grabación, pueden ser obtenidos perfiles típicos de operación de ventiladores, bombas y compresores

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Caracterización del proceso eléctricoPara caracterizar los patrones de consumo de un proceso, pueden ser medidos durante un intervalo muestra los datos del consumo de energía eléctrica y después ser correlacionados con los datos de producción. Esto es particularmente útil para procesos tales como hornos eléctricos, secadoras y hornos

Dependiendo de la configuración del equipo y de la alimentación de energía, puede ser posible efectuar tal inspección con un medidor de energía monofásico, en la mayoría de las situaciones el medidor trifásico funcionará

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Medición del consumo de un equipo de oficina – Usando un medidor de energía simplificado para determinar la energía consumida durante un periodo típico de operación, tal como se ilustra en la figura

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Consejos para su Uso Efectivo

Validar las lecturas durante su captura Cuando instale medidores para grabar asegúrese de que las

lecturas instantáneas son razonables. Muchos errores de la captura de datos son el resultado de un

medidor mal conectado y pueden ser evitadas en el momento de la conexión.

Para registrar las lecturas de potencia y energía utilizar un intervalo de tiempo promedio tan corto como sea posible Idealmente, intervalos de cinco minutos Los intervalos más cortos proporcionan más huellas eléctricas de

identificación de las cargas, simplificando la interpretación de los perfiles resultantes


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Luxómetro

El luxómetro o medidor de iluminancia proporciona un método simple y efectivo para determinar los niveles de luz realmente entregados.

Es útil para comparar los niveles actuales con los niveles sugeridos o recomendados para actividades o áreas específicas.

Un medidor de iluminancia típicamente utiliza un sensor corregido para: Color de la luz – las fuentes de luz varían en color. Ángulo de incidencia – la ley del coseno es usada para corregir la

reducción aparente de la iluminación en ángulos pequeños de la horizontal.

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Luxómetro

En la figura siguiente se muestra un medidorbásico. Está alimentado por baterías, puedemedir desde 0 hasta 50,000 luxes y tiene unsensor de luz separado con un cordón flexible


Consejos para su Uso EfectivoAsegurarse de que las mediciones sean tomadas bajo

condiciones de estado estableMuchas lámparas requieren de un período de calentamiento antes de alcanzar su salida plena de luz

Asegurarse de que la luz solar no influencie las lecturas

Tomar las lecturas en la noche, usar mamparas, o tomar dos lecturas con y sin luces y sustraer la contribución de la luz del sol para obtener los niveles de la iluminación artificial


Consejos para su Uso Efectivo

Evaluar la reflectancia de las paredes Con un luxómetro tomar la razón de la luz reflejada a la luz incidente en la pared. Tomar la lectura de la luz incidente alrededor de 0.5 metros de la pared, voltear el sensor de cara a la pared y tomar la lectura de la luz reflejada.

Asegurarse de que el rango de color de la luz del sensor siendo usado sea apropiado para la fuente de luz presente

Si no, aplicar los factores de corrección conforme a las instrucciones del manual del luxómetro.

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Medición de la TemperaturaLas mediciones de la temperatura le proveen al auditor

de oportunidades para cuantificar el consumo de energía térmica y las pérdidas en diferentes formas

En cualquier auditoría son comúnmente medidas las temperaturas de: Aire Gas Fluido Superficie


Tipos de InstrumentosLa temperatura puede ser determinada por medios

mecánicos o eléctricos usando una variedad de mediciones de contacto o por otros usando mediciones sin contacto o basadas en radiación

Termómetros bimetálicosSon construidos de dos tiras delgadas de metal con coeficientes disimilares de expansión, unidas juntas en una bobina. La bobina está unida a una manecilla o aguja sobre una escala, la cual gira conforme los metales se expanden o contraen con la variación de la temperatura


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Tipos de Instrumentos Termocoples

Están basados en el principio de que un voltaje proporcional a la temperatura es producido en la unión de dos metales disimilares. Es usado ampliamente dado que el sensor puede ser usado alambrado para lectura o registro remoto

Detectores de temperatura de resistencia (DTRs)Están basados en el hecho de que, en el caso de ciertos metales, la resistencia se incremente conforme la temperatura se incrementa. Estos dispositivos requieren de una fuente de corriente externa para que el sensor cree un voltaje que pueda ser sensado y relacionado a la temperatura


Tipos de InstrumentosPirómetros (no termómetros de contacto)

Operan sobre el principio de que los objetos radian cantidades diferentes de energía de acuerdo a su temperatura. Estos instrumentos miden la radiación sin hacer contacto con el objeto y operan bajo un supuesto referente a la emisividad del objeto (disponibilidad a radiar energía), la cual puede ser fija o ajustada por el usuario

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Tipo Pros Contras Rangos Típicos% de

Exactitud del rango

Termómetro de tubo de vidrio

Bajo costoFrágil

Difícil de leer- 50°C a + 800°C 1% a 2%

Bimetálico Bajo costoRango limitado

No un sensor remoto- 60°C a + 425°C 1% a 4%

Termocople

Tipo T

Tipo J

Tipo K

Tipo R y S

Simple

Robusto

Amplia variedad

Rango amplio de

Temp.

Auto alimentado

No lineal

Requiere referencia

El menos estable

El más sensitivo

-150°C a + 260°C

- 160°C a + 800°C

- 150°C a + 1,500°C

- 15°C a + 1,700°C

0.3% a 1%

Tipos de Instrumentos

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Tipo Pros Contras Rangos Típicos% de

Exactitud del rango

DTR

Níquel

Platino

El más estable

El más exacto

Caro

Requiere fuente de corriente

-150°C a + 260°C

- 255°C a + 650°C0.1%

Pirómetros(sin contacto)

Óptico

Infrarrojo

Radiación

Seguro

Fácil de usar

Conveniente

Relativamente caro

La exactitud puede ser

comprometida por

otras fuentes en el campo de la visual

+ 760°C a + 3,500°C

0°C a + 3,300°C

+ 500°C a + 3,900°C

1% a 2%

1% a 2%

0.5% a 1%


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En la figura se muestra un dispositivo de medición de la temperatura típico basado en un termocople. Este consiste de una sonda del termocople, en este caso alojada en una funda robusta de acero inoxidable, que se conecta a una unidad para convertir elvoltaje de salida de la unión en una lectura de temperatura

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Dispositivo de Medición de Temperatura Infrarrojo


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Características ÚtilesPara termómetro infrarrojo (sin contacto):Emisividad variable para materiales en los

cuales la emisividad no está próxima a0.95

Avistamiento laser con un campo visualestrecho

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Medición de la HumedadEn las auditorías energéticas las medicionesde la humedad son frecuentemente usadas para evaluar la carga de enfriamiento presente en un sistema, o para determinar la cantidad de energía latente presente en un flujo de aire de descarga

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Tipos de InstrumentosEl psicrómetro, o el termómetro de bulbo seco y

húmedo, es el instrumento más común usado y contiene dos sensores de temperatura, uno de los cuales tiene un calcetín de algodón empapado con agua destilada

El sensor con el calcetín registrará una temperatura próxima a la temperatura termodinámica de bulbo húmedo. Conociendo la temperatura de bulbo seco, la temperatura de bulbo húmedo y la presión barométrica, el auditor puede determinar la humedad relativa de las tablas psicrométricas o de un programa de cómputo

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La figura siguiente representa el así llamado psicrómetro de matraca, nombrado así por su forma de uso. Para obtener una lectura representativa, los termómetros son girados de la misma forma que una matraca


Medición del Flujo de Aire Las mediciones del flujo de aire son útiles cuando se analizan las

instalaciones de HVAC y los sistemas de descarga

Generalmente las mediciones exactas del flujo de aire son difíciles de hacer y requieren equipo especializado

Dentro del contexto de una auditoría energética macro o básica micro, hay algunas mediciones del flujo de aire simples que pueden se hechas para proporcionar los datos para las estimaciones iniciales del uso y ahorros de la energía

Para mediciones más exactas, se recomienda contratar los servicios de un contratista o técnico competente en el balance delaire



Estos instrumentos relativamente de bajo costo y simples de operar son sugeridos para los propósitos de una auditoría energética básica:

Anemómetro digital de héliceUna hélice rotatoria cuya velocidad es

proporcional a la velocidad del aire. Los usos para este dispositivo son limitados debido al tamaño de la unidad y a la dificultad de colocar al sensor en la corriente de aire. Típicamente, no podría ser usado para mediciones dentro de ductos




Anemómetro termo digitalSensa la velocidad del aire sensando la

temperatura de un alambre caliente siendo enfriado por la corriente de aire. Este instrumento puede ser usado dentro de ductos y espacios cerrados

Manómetro y tubo pitotEs quizá el dispositivo de medición del flujo de

aire más versátil. El beneficio adicional del manómetro y el tubo pitot es que el manómetro puede medir la presión – requerida para evaluar la potencia del aire

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Anemómetro digital de hélice

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Tubo pitot

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Detector de Fugas Ultrasónico Un sonido ultrasónico es creado – cuando un gas es forzado

a través de una apertura pequeña – una fuga en un sistema de presión o de vacío

Este sonido es muy direccional, y esta direccionalidad es usada para localizar la fuente o fuga

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Detector de Fugas Ultrasónico

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Tacómetro

Para el auditor de energía los tacómetros sonútiles para determinar la velocidad de un motor oun dispositivo impulsor

Las velocidades de ventiladores, bombas ycompresores son útiles cuando se compara eldesempeño actual con el desempeño de laespecificación o de placa

Para los ventiladores y bombas, el flujo esdirectamente proporcional a la velocidad delventilador o bomba


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Tacómetro Digital / Laser


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