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PROYECTO FRONTERA 2012

I. TITULO DEL PROYECTO : Sistema Fotovoltaico para la iluminación del

laboratorio de Electrónica

II. NOMBRE DEL RESPONSABLE DEL PROYECTO : Julio César Ramírez Valenzuela

III. Fecha de Inicio: 1 de marzo 2011

IV. Duración total del proyecto : 17 meses

V. Fecha del Informe: 30 de Agosto de 2012

ÍNDICE

VI. Introducción ……………………………………………………………………………………… 2

VI.I Antecedentes ……………………………………………………………………………………. 2

VI.II Definición del problema ………………………………………………………………………. 3

VII. Objetivos …………………………………………………………………………………………. 4

VIII. Estrategia del proyecto ………………………………………………………………………. 4

IX. Metodología ………………………………………………………………………………………. 6

X. Resultados ………………………………………………………………………………………… 7

XI. Discusión …………………………………………………………………………………………. 9

XII. Recomendaciones ……………………………………………………………………………… 9

Referencias…………………………………………………………………………………………….10

Anexos ………………………………………………………………………………………………... 11

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VI. Introducción

En los últimos años se ha puesto un especial interés en el uso de sistemas de energía auto-

sustentables. Este es el caso de los sistemas de energía solar que no obstante de producir una

energía limpia son también auto-sustentables. La utilización de sistemas fotovoltaicos además

de representar un ahorro en los gastos de energía eléctrica (generada muchas veces por el

consumo de combustibles fósiles), representa una energía amigable con el medio ambiente, al

no producir contaminantes en su generación.

Aunque el uso de la energía solar por si sola ya constituye un ahorro de energía, todavía es

posible optimizar el consumo de energía de los sistemas de iluminación en los edificios. Una de

estas estrategias de optimización es la sustitución de lámparas fluorescentes por lámparas

LED (“Light emitting diode”), lo que significa un ahorro de más del 50% de energía (Kim and

Schubert 2008). Otra estrategia que en los últimos tiempos a cobrado bastante relevancia, es el

diseño de edificios inteligentes (Ozadowicz 2006; Mo 2003). Reportes de evaluación de

sistemas de iluminación, similares al propuesto por nosotros, se encuentran en: (Delaney,

O’Hare, and Ruzzelli 2009; Mavenkamp, Beinaar, and Eder 2007; Mahdavi, Chang, and Pal

2003).

Con el fin de investigar cuales son los beneficios de los aportes tecnológicos mencionados

aquí, se implementó un sistema fotovoltaico inteligente para la iluminación del laboratorio de

electrónica de potencia del Instituto Tecnológico de Nogales. El nuevo sistema comprende: la

sustitución de 48 lamparas fluorescentes por 48 lámparas LED, la implementación de un

sistema fotovoltaico de dos paneles solares, un banco de baterías, un inversor y un regulador.

También, el sistema inteligente esta controlado por un PLC (“Programmable Logic Controller ”)

que gobierna los sensores de luminosidad y de presencia, junto con los actuadores, y un

microcontrolador usado para el monitoreo de datos.

VI.I Antecedentes

Las máquinas han producido una verdadera revolución al facilitar la producción, agricultura,

desarrollo del transporte, iluminación pública y centenares de cosas más que, en general, han

permitido mejorar el nivel de vida de gran parte de la humanidad. De hecho sin máquinas no es

posible imaginarse un planeta con más de 6,000 millones de seres humanos. Los combustibles

fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, se han formado naturalmente a través de

complejos procesos bio-geoquímicos, desarrollados bajo condiciones especiales durante

millones de años. La materia prima a partir de la cual se generaron incluye restos vegetales y

antiguas comunidades planctónicas.

El descubrimiento y el empleo de estos tipos de combustibles produjeron un cambio

revolucionario en las tecnologías de producción aplicadas por el hombre. Comenzaron a

emplearse a partir de la Revolución Industrial y su uso se ha incrementado sensiblemente. En

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los últimos 60 años, se ha detectado un aumento de las concentraciones de gases invernadero

por causa de la acción del hombre. El uso generalizado de los combustibles fósiles, el

debilitamiento de la capa de ozono y la desaparición de grandes masas boscosas están

favoreciendo el aumento de la temperatura en la Tierra, provocando un futuro incierto para

nuestras próximas generaciones. Por todo ello, nos vemos obligados a apostar por la Energía

Solar, un recurso limpio, inagotable, de fácil instalación, con una vida prolongada y que se

adapta perfectamente al ámbito rural y urbano.

Los sistemas de energía solar fotovoltaica permiten transformar la energía solar en energía

eléctrica en cualquier parte del mundo y de manera autónoma. Una de las aplicaciones que ha

tenido en la tecnología, es la electrificación de casas e iluminación exterior. En México la

demanda energética según la CFE ha crecido a una tasa promedio anual de 5.2% durante la

última década. El uso de fuentes alternas de energía renovable, como la eólica o la

fotovoltaica, además de la hidráulica, ha comenzado a ganar espacio dentro de la oferta

eléctrica del sector energético del país.

Por lo anterior este proyecto propone ahora, el uso de la energía solar para la iluminación de

centros educativos, tomando como plan piloto la iluminación del Laboratorio de Electrónica del

Instituto Tecnológico de Nogales. Inicialmente este proyecto beneficiará a una población de

200 estudiantes, pero si se ampliara a la totalidad de la institución, se beneficiaria a un total de

1,954 estudiantes.

VI.II Definición del problema

El problema principal en los edifición públicos dedicados en la educación es el mal uso de los

recursos energéticos lumínicos. Cuando decimos mal uso de los recursos lumínicos, nos

referimos al hecho de que muchas veces las luminarias de las aulas o laboratorios permanecen

encendidas a pesar de no ser ocupadas por persona alguna. En este proyecto, se propone la

automatización de las luminarias del laboratorio de electrónica. Para ello se utilizará una serie

de sensores y actuadores controlados por un PLC, esto con el fin de evitar que las luminarias

se encuentren encendidas de forma innecesaria.

Otro problema, es el alto consumo de energía de las lámparas fluorescentes. Para la solución

de este problema se sustituyen las lámparas fluorescentes por lámparas LED. Para evitar la

contaminación del medio ambiente, se usa un sistema fotovoltaico que consta de: dos paneles

solares, un par de baterías, un regulador de voltaje y un inversor. Con esto disminuimos el

consumo de energía provista por la CFE (que usa energías no renovables en la generación de

energía eléctrica).

El uso de estas innovaciones tecnológicas nos causa otro problema ¿Cómo vamos a

comprobar el beneficio que esta inversión genera? En la solución de esta problemática, se

diseño un sistema de monitoreo de datos para poder comparar el consumo de energía del

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sistema automatizado, contra el sistema sin automatizar. Finalmente, para resolver el problema

de control y automatización de todos los dispositivos de forma integral, se hizo uso de un PLC

Allen Bradley Micrologix 1000.

VII. Objetivos

Monitorear por tres meses del consumo total de energía eléctrica para la iluminación

del laboratorio antes de ser automatizado, para tener una referencia de comparación

del consumo del mismo ya automatizado.

Iluminar el laboratorio de Electrónica del edificio “P” del ITN por la combinación de un

sistema de alimentación fotovoltaico (celdas solares) y la red eléctrica de la ciudad.

Sustituir las lámparas fluorescentes por lámparas de una nueva tecnología (LED) con el

propósito de ahorrar energía.

Automatizar la iluminación del laboratorio de tal forma que las lámparas se enciendan

sólo cuando las personas se encuentren al interior del mismo. También con el

propósito de optimizar el consumo de energía.

Iluminar el laboratorio de tal forma, que de no existir energía solar, el sistema se

conecte automáticamente a la red eléctrica de la ciudad.

Medir la energía utilizada para iluminar el laboratorio, tanto cuando se usan las celdas

solares, como cuando se esta conectado a la red eléctrica de la ciudad.

Monitorear por un año para medir: el tiempo total de las lámparas encendidas, el

tiempo que estuvieron conectadas a la red, y el tiempo que usaron energía solar, de tal

forma, que cuantifiquemos el ahorro real de energía anual.

Beneficiar con la iluminación del laboratorio a 200 alumnos de diferentes carreras como

son: Ing. en Electrónica, Ing. Industrial e Ing. en Mecatrónica, las cuales usan este

laboratorio por lo menos una vez por semana.

Concientizar a la comunidad estudiantil y a la institución, de los beneficios de los

sistemas fotovoltaicos en el ahorro de energía y conservación del medio ambiente.

Haciendo conciencia real de los beneficios que las nuevas tecnologías aportan.

VIII. Estrategia del Proyecto

En esta sección se explica en que consistieron las diferentes etapas del proyecto.

Instalación de paneles solares. El diseño e instalación de la estructura que da

soporte a los paneles solares, estuvo a cargo de algunos profesores del departamento

de electrónica del ITN. Estos paneles se instalaron con la inclinación y posición

adecuada sobre la azotea del edificio P, donde se encuentra el laboratorio de

electrónica de potencia.

Puesta de tubería y conexiones de las lámparas. Para lograr esta etapa, primero se

renovó la instalación eléctrica del laboratorio haciendo una redistribución del cableado

(corrigiendo errores) y armando nuevos circuitos eléctricos para las luminarias.

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Armado de gabinete. Este gabinete contiene los dispositivos más importantes del

proyecto y también los más problemáticos. Esta fue la etapa que demandó más tiempo

y esfuerzo. Para satisfacción del equipo de trabajo, se lograron resolver con éxito todos

los retos que el desarrollo del controlador automático representó. Los principales

problemas que se suscitaron fueron: la capacidad del regulador (en lo referente a la

detección de niveles de carga de batería) no fue la adecuada. Esto se resolvió

diseñando un detector de nivel de batería baja. La capacidad de un par de inversores

(de 600 watts c/u) que inicialmente se tenía, no fue la adecuada. Esto se solucionó

adquiriendo un único inversor de 1500 watts. Finalmente, el diseño del programa del

PLC en lo referente a la conmutación “sistema fotovoltaico/CFE” inicialmente no era

correcto. Esto se resolvió a través de varios ciclos iterativos de rediseño. En este

proceso iterativo de diseño, lamentablemente se dañó el inversor de 1500 watts que se

tuvo que reparar.

Monitoreo de consumo de energía antes de la automatización. Para realizar esta

etapa primero se construyó por medio de un microcontrolador (PIC) y una resistencia

shunt (0.1 ohmios) un medidor de consumo de corriente. Luego se puso en marcha el

monitoreo sin ningún contratiempo.

Instalación y adaptación de lámparas LED. Después del monitoreo y de la

renovación de la instalación eléctrica, se hizo la adaptación de las lámparas LED. Esta

etapa fue muy sencilla, sólo se extrajeron los antiguos balastros, se reconfiguraron las

conexiones en los sockets ya existentes, y se montaron las lámparas LED, cuyas

dimensiones se adaptaron perfectamente a los sockets.

Desarrollo del software de automatización. Además de la etapa de conmutación

“sistema fotovoltaico/CFE” el software de automatización integró todos los

componentes del sistema, ya fuesen actuadores o sensores. Logrando la optimización

del consumo de energía lumínica.

Instalación de sensores y calibración. Los sensores instalados fueron los de

presencia y los de luminosidad (en base a foto-resistencias) y el detector de batería

baja. Los infrarrojos sólo se tuvieron que ajustar en lo referente al área que deberían de

cubrir. Las foto-resistencias se ajustaron al umbral mínimo de confort necesario de

luminosidad. Una luminosidad menor a este umbral, activa el sistema fotovoltaico que

enciende las luminarias.

Pruebas de funcionamiento y mediciones. Antes de la etapa de monitoreo se revisó

el sistema fotovoltaico de iluminación de forma integral. Una vez que se comprobó que

el sistema trabajaba en forma óptima y a la vez era seguro y confortable, se inicio con

la etapa de monitoreo de datos. La opinión que se tomo en cuenta para determinar el

buen funcionamiento del sistema, fue la de los usuarios, los alumnos del departamento

de electrónica del ITN.

Monitoreo de consumo de energía anual. Una vez que se concluyo con el monitoreo

del sistema antes de automatizar y después de verificar el buen funcionamiento del

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sistema automatizado, se dio inicio a la etapa de monitoreo anual en el mes de agosto.

Se tuvo el contratiempo del fallo del inversor de potencia por lo que no se pudo realizar

el monitoreo debidamente en los meses de septiembre, octubre y noviembre.

Reporte estadístico del consumo de energía anual. Se registraron todos los datos

monitorizados en la memoria del Microcontrolador para luego ser enviados una hojas

de cálculo de Excel lo que facilitó el análisis de datos.

IX. Metodología

Se hizo el análisis de datos a través de histogramas. En el monitoreo de datos antes de la

automatización del sistema, sólo tres meses: marzo, abril y mayo del 2011 fueron

monitorizados. En el sistema ya automatizado se hizo el monitoreo de datos desde agosto del

2011 hasta agosto del 2012 con excepción de los meses de septiembre, octubre y noviembre

del 2011 que se tuvo problemas con los inversores de voltaje.

Para determinar el ahorro neto de energía con el nuevo sistema se hizo el análisis por medio

de la comparación de las medias aritméticas. Primero haciendo una comparación de los mes

de marzo del 2011 con el mes de marzo del 2012. En este análisis se uso la media de

consumo neto y la media de consumo eficaz. Esto es, el consumo eficaz, es cuando

obtenemos la media en el tiempo en que se están usando las luminarias del sistema. Los casos

de muestreo en que el consumo de energía es próximo a cero no se toman en cuenta.

La media del consumo neto de energía o la media del total de los datos, nos dice cuanto el

nuevo sistema ahorra en realidad, pues toma en cuenta el ahorro que la automatización del

sistema nos da, aunado al ahorro que implica el cambio de lámparas fluorescentes a lámparas

LED. La media del consumo eficaz de energía sólo nos dice el ahorro que la sustitución de

lámparas ha causado.

Se hizo un análisis con las medias aritméticas de todos los meses del sistema sin automatizar,

que se comparan con las medias de todos los meses del sistema automatizado para llegar a

las conclusiones y resultados.

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X. Resultados

En el análisis del histograma de la Figura 1, podemos apreciar la gran dispersión de las

medidas. A simple vista podemos notar el mayor consumo de corriente en Marzo del 2011

cuando el sistema aún no se automatizaba. También podemos notar como en promedio el

consumo de energía es la mitad en Marzo del 2012. En la Figura 1, el eje horizontal es el

tiempo en horas que transcurren en un mes. El eje vertical es la corriente medida en Amperios,

que corresponde al consumo de corriente eléctrica que observan las

luminarias.

0.00002.00004.00006.00008.0000

10.000012.000014.000016.0000

12

:03

:00

43

:54

:00

75

:45

:00

10

7:3

6:0

01

39

:27

:00

17

1:1

8:0

02

03

:09

:00

23

5:0

0:0

02

66

:51

:00

29

8:4

2:0

03

30

:33

:00

36

2:2

4:0

03

94

:15

:00

42

6:0

6:0

04

57

:57

:00

48

9:4

8:0

05

21

:39

:00

55

3:3

0:0

05

85

:21

:00

61

7:1

2:0

06

49

:03

:00

68

0:5

4:0

07

12

:45

:00

Marzo 2012

Marzo 2011

Figura 1. Histograma comparativo del consumo de energía eléctrica entre el mes de Marzo del

2011 y el mes de Marzo del 2012.

El consumo de energía se analiza en la relación de Amperios por mes. En la Tabla 1, se

encuentran los registros estandarizados de todas las muestras del consumo de energía

eléctrica lumínica tomadas antes de automatizar el sistema. La Tabla 2, muestra los registros

estandarizados después de la automatización del sistema. Las lecturas se encuentran en

Amperios en ambas Tablas excepto para las dos últimas filas.

Como se dijo anteriormente la media neta, es el promedio de todas las muestra de un mes no

importando que sean las muestras que correspondan a las luminarias apagadas esto es que su

valor sea cero. La media efectiva, sólo toma en cuenta las muestras que tienen algún valor,

esto es, cuando al menos una luminaria esta encendida. Las desviaciones estándar se

corresponden con sus respectivas medias. El número de horas efectivas, es el número de

horas en las que al menos una luminaria esta encendida. El consumo en KW-hr efectivo resulta

de la multiplicación del voltaje nominal (127 Voltios) por la media efectiva del mes, multiplicado

por las horas efectivas del mes. Todos estos datos estandarizados se calcularon de los datos

monitoreados de cada mes, que se encuentran en las hojas de Excel que se enviaron con los

reportes trimestrales. Por lo regular el número de muestras mensuales es de alrededor de las

14400. El periodo de muestreo es de 3 minutos, lo que significa 20 muestras por hora y 480

diarias. El mes de Julio no aparece en las Tablas porque al ser un mes de asueto no hubo

consumo de energía.

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Tabla 1. Registros estándares del consumo de corriente del sistema antes de ser automatizado.

Marzo 2011 Abril 2011 Mayo 2011 Valores promedio antes de la automatización del

sistema Media neta 1.3160 2.0222 1.2903 1.5428

Media efectiva 11.6184 12.6725 12.4953 12.2621

Desviación estandar neta 3.6740 4.6362 3.7924 4.0342

Desviación estandar efectiva 0.6650 0.5778 0.6027 0.6152

Número de horas efectivas 81.1000 114.5500 96.7500 97.4667

Consumo en KW-hr efectivo 119.6661 184.3582 153.5323 151.7831

Tabla 2. Registros estándares del consumo de corriente del sistema después de ser

automatizado.

En los valores estandarizados la media neta nos ayuda a estimar el ahorro neto de energía. Si

nos fijamos en la media neta de la Tabla 1 en la última columna es de 1.5428, su equivalente

en la Tabla 2 es de 0.1495. Esto implica que el sistema automatizado ahorra hasta un 90% de

energía lumínica. Esto lo podemos aseverar porque según los registros en el nuevo sistema

rara vez se usa energía de la CFE. La media efectiva nos comprueba de manera clara la

eficiencia lumínica de las lámparas LED que según las especificaciones consumen la mitad de

lo que consume una lámpara fluorescente. Según los valores de la última columna de la media

efectiva en la Tabla 1 tenemos un valor de 12.2621 y su correspondiente de la Tabla 2 es de

5.7796 esto es un 50% menos.

En las desviaciones estándar de la Tabla 1 podemos notar que la dispersión de las medidas es

poca, no así en las desviaciones estándar de la Tabla 2. Esto se debe a que en el sistema

automatizado encienden sólo las luminarias que detectan presencia de personas y no así en el

sistema anterior que un solo interruptor controlaba las 48 lámparas. Las últimas dos filas se

añadieron para poder analizar los costos económicos. El menor número de horas de consumo

en el nuevo sistema, se debe a que el sensor de luminosidad solamente permite que las

Agosto 2011

Diciembre 2011

Enero 2012

Febrero 2012

Marzo 2012

Abril 2012

Mayo 2012

Junio 2012

Valores promedio después de automatizar el sistema

Media neta

0.2375 0.2081 0.1143 0.0413 0.0723 0.0052 0.0234 0.4942 0.1495

Media efectiva

7.4058 4.0376 4.5582 5.1364 7.6087 9.2120 7.1381 1.1401 5.7796

Desviación estandar neta

1.3198 0.9385 0.7723 0.5006 0.7476 0.2190 0.4157 0.4893 0.6753

Desviación estandar efectiva

0.4150 1.5077 2.2959 2.3878 0.4977 0.4500 0.1025 0.3404 0.9996

Número de horas efectivas

17.1000 37.4500 18.4000 5.5000 7.0000 0.4000 2.4000 11.5500 12.4750

Consumo en KW-hr efectivo

16.0831 19.2036 10.6517 3.5878 6.7642 0.4680 2.1757 1.6723 9.1568

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luminarias enciendan en la noche, aunque el uso del laboratorio es similar al observado en el

2011.

XI. Discusión

Se lograron todos los objetivos del proyecto entre los más importantes destacamos la

automatización inteligente del laboratorio de electrónica del ITN, la implementación de un

sistema fotovoltaico que ayude en la conservación del medio ambiente, por el ahorro de

energía. Todo esto para beneficiar a una población de estudiantes que hacen uso de este

laboratorio. Un aspecto también importante es la concientización que este proyecto promovió,

en el uso de las energías renovables para la conservación del medio ambiente.

Sin embargo, aunque se lograron en buena medida los objetivos propuestos al principio del

proyecto, el análisis de costo beneficio (amortización de la inversión) no es favorable. Según la

CFE después de los 140 KW-hr de consumo mensual el costo por KW-hr sube a $2.664 si esto

lo multiplicamos por el consumo en KW-hr efectivo promedio de la Tabla 1 y luego por 12 para

obtener el costo anual tendremos $4,852.20. Si este gasto lo extendemos a 12 años

estaríamos hablando de $58,226.44. Las lámparas fluorescentes con el uso del laboratorio

tienen un promedio de vida de 2 años y los balastros también, esto implica que en doce años el

mantenimiento del sistema anterior gastaría más o menos $40,000.00. Si el nuevo sistema no

consumiera en esos 12 años nada de la CFE y no requiriese mantenimiento, entonces se

amortizan los $100,000.00 invertidos en este proyecto.

El problema son los costos de las lámparas LED cada una con un costo de $900.00 mientras

que una lámpara fluorescente de misma potencia vale $30.00. La ventaja de una lámpara LED

es que dura 10 veces más y no contamina tanto cuando se desecha. Las tendencias actuales

del costo de las lámparas LED son a la baja, tal vez en un par de años este proyecto sea viable

para su expansión a todo el Instituto Tecnológico de Nogales.

XII. Recomendaciones

Dar seguimiento al sistema para observar que complicaciones pueda tener en el futuro.

Experimentar con otras tecnologías autosustentables como la energía eólica para componer un

sistema híbrido con el fotovoltaico expuesto aquí. Esto con el fin de mejorar el desempaño del

sistema actual. Exponer el sistema a los estudiantes para que aprendan como se diseña un

sistema fotovoltaico y así promover su uso.

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Referencias

Delaney, Declan T., Gregory M. P. O’Hare, and Antonio G. Ruzzelli. 2009. “Evaluation of energy-efficiency in lighting systems using sensor networks.” Proceedings of the First ACM Workshop on Embedded Sensing Systems for Energy-Efficiency in Buildings, BuildSys ’09. New York, NY, USA: ACM, 61–66. Kim, Jong Kyu, and E. Fred Schubert. 2008. “Transcending the replacement paradigm of solid- state lighting.” Optical Society of America 16 (26): 1–8 (Dec.). Mahdavi, Ardeshir, Seongju Chang, and Vineeta Pal. 2003. “Simulation-based Integration of Contextual Forces into Building Systems Control.” Technical Report, School of Architecture Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA. Mavenkamp, Mamfred, Ingo Beinaar, and Christian Eder. 2007. “KNX-based Energy Efficient Heating and Lighting in Educational Buildings.” Technical Report, Institut fur und Automation, Hochschule Bremer. Mo, ZhengChun. 2003. “AN AGENT-BASED SIMULATION ASSISTED APPROACH TO BI- LATERAL BUILDING SYSTEMS CONTROL.” Ph.D. diss., School of Architecture, Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA 15213 USA. Ozadowicz, Andrzej. 2006. “Comparative Analysis of KNX and LonWorks The Intelligent Building Systems in Energy Consumption and Power Quality Monitoring.” Technical Report, Institute of Electrical Drives Automation and Industrial Equipments, AGH - UST.

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Anexos

Indicadores sugeridos por EPA - Project 20171 - Sistema Fotovoltaico para la Iluminación

del Laboratorio de Electrónica.

A1. La cantidad de energía que se utiliza para iluminar el laboratorio utilizando células

solares es de 0.734 KW-hr. La cantidad de energía que se utiliza para iluminar el

laboratorio utilizando la red eléctrica local es de 0.0 KW-hr.

El porqué de este resultado se debe a que la media (efectiva) de consumo del laboratorio automatizado es de 5.7796 Amperios (ver Tabla 2) que multiplicado por 127 Voltios y por 1 hr. nos da 0.734 KW-hr. La razón de que sea 0.0 KW-hr el consumo de energía de la red eléctrica local es la siguiente: debido a que la iluminación del laboratorio es automática las luminarias sólo encienden por las noches, casi nunca encienden todas las luminarias porque el sistema detecta donde están las personas y sólo enciende las luminarias necesarias. Lo anterior conlleva que las luminarias nunca se conecten a la red local porque no se consume la carga eléctrica de las baterías (sistema fotovoltaico). Otro factor que influye es, que por las noches a lo sumo se usa el laboratorio por una hora. Lo anterior se puede corroborar con los datos de monitoreo del laboratorio ya automatizado.

A2. Los ahorros en energía como resultado de la sustitución de lámparas fluorescentes

con la nueva tecnología (LED) son de 0.388 KW-hr.

Los cálculos para llegar a este resultado son los siguientes: se multiplica la media efectiva del sistema sin automatizar, 12.2621 Amperios (Tabla 1) por 127 Voltios y por 1 hr, que es igual a 1.557 KW-hr (en el sistema sin automatizar las 48 luminarias fluorescentes se encendían por un solo switch). Luego se toma el consumo máximo de corriente del sistema automatizado (que es cuando las luminarias están todas encendidas) que es de 9.2120 Amperios, registrado sólo en el mes de abril del 2012, se multiplica por 127 Voltios y por 1 hr resultando en 1.169 KW-hr. De la operación de resta de: 1.557 KW-hr menos 1.169 KW-hr resulta 0.388 KW-hr.

A3. El ahorro en energía debido a la automatización del sistema de iluminación de las

instalaciones es de 0.387 KW-hr.

El porqué de estos resultados es el siguiente: se multiplica la media efectiva de la Tabla 1, 12.2621 Amperios por 127 Voltios y por 1hr resultando en 1.557 KW-hr. Luego se multiplica la media efectiva de la Tabla 2, 5.7796 Amperios por 127 Voltios y por 1 hr, resultando en 0.734 KW-hr. De la operación de resta de: 1.557 KW-hr menos 0.734 KW-hr resulta 0.823 KW-hr. Si a 0.823 Kw-hr le restamos 388KW-hr que se ahorran por la tecnología LED, entonces tendremos 0.387 KW-hr que se ahorran por la automatización del sistema.

A4. El ahorro de energía como resultado de la combinación del sistema de energía

fotovoltaica y la red de energía eléctrica de la ciudad es 1.557 KW-hr.

Los cálculos para llegar a este resultado son los siguientes: se multiplica la media efectiva del sistema sin automatizar, 12.2621 Amperios (Tabla 1) por 127 Voltios y por 1 hr, que es igual a

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1.557 KW-hr. Lo anterior se debe a que el sistema de iluminación automatizado no utiliza la red local.

A5. Ahorro de energía total (para el ciclo de un año) es: 1,821.397 KW-hr.

El cálculo para este resultado es el siguiente: de la Tabla 1 se toma el consumo en KW-hr efectivo promedio mensual, 151.7831 KW-hr y se anualiza multiplicándolo por 12 y obtenemos 1,821 KW-hr. Podemos asegurar que esto es así porque el sistema de iluminación automatizado no utiliza la red local por lo que el ahorro es del 100% y la única energía que se utiliza es renovable por lo que no contribuye al calentamiento global.

A6. Finalmente, basado en los ahorros netos de electricidad, se calculan las emisiones

de CO2, en toneladas, que se evitó sean emitidas por:

1. La substitución de las lámparas convencionales: 0.314 tCO2.

2. La automatización del sistema: 0.313 tCO2.

3. El uso de electricidad producida por el sistema FV: 0.076 tCO2.

4. La combinación de los tres componentes: 1.262 tCO2.

La conversión entre MW-hr y tCO2 es 0.6930 tCO2e/MWh. Dato promedio del 2003 al 2005 del margen operativo de las plantas generadoras en México ( ver http://cdm.unfccc.int/UserManagement/FileStorage/7P72V6VIIO181P3QZ9RO9ZS6M0B296).

Para calcular las emisiones de tCO2 por ejemplo, para “la substitución de las lámparas convencionales” se usa el promedio del número de horas efectivas mensuales de la Table 1, multiplicado por 12, esto es: 0.388 KW-hr. *97.4667 *12= 453.80 KW-hr, luego se convierte a toneladas de CO2 obteniendo: 0.314 tCO2. Para los demás cálculos se sigue un procedimiento similar.