Economizadores de aire acondicionado

Gracias a la implementación de economizadores de aire acondicionado, un club deportivo en Zapopan, Jalisco, logró ahorrar más de la mitad de la energía eléctrica que consumía el equipo anterior.

Debido al alto costo operativo de los equipos de acondicionamiento ambiental, la sustitución de equipos obsoletos por otros más eficientes y equipados con un sistema de control automático es una opción sumamente rentable para las empresas que requieren de estas tecnologías en su día a día.
Los economizadores son un sistema de control excelente, que consisten en un conjunto de ventilas (dampers) motorizadas y sensores con su respectivo sistema de control, que juntos deciden cuándo y cuánto aire fresco proveniente del exterior es necesario introducir al ambiente a través del equipo de acondicionamiento ambiental, en lugar de recircular y enfriar el aire del ambiente. Los ahorros que conlleva esta tecnología se dan cuando al operar el economizador deja de funcionar el compresor del equipo de aire acondicionado, disminuyendo así el consumo de energía eléctrica.

EL CASO DEL GIMNASIO

Gimnasio Vivo 47 es un club deportivo ubicado en Zapopan, Jalisco, que ofrece numerosas actividades físicas, por lo que la eficiencia de los sistemas de ventilación y acondicionamiento del aire es imprescindible a lo largo de todo el día.

El gimnasio tiene un contrato con la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en tarifa HM. Antes de la realización del proyecto tenía una demanda eléctrica de 183 kW, con un consumo de energía de 750 654 kWh al año, que representaba un costo de $1 538 946.70 pesos anuales. Inicialmente, el gimnasio contaba con siete equipos tipo paquete de 10 TR y 12 TR, que en conjunto sumaban 76 TR, con una demanda de 95.02 kW y un consumo de 228 048 kWh/año. Para determinar su eficiencia, se realizó un levantamiento de información técnica, así como mediciones de los principales parámetros eléctricos.

Objetivo

Se buscó reemplazar el sistema de aire acondicionado obsoleto con más de 10 años de operación, altos costos de mantenimiento y pérdidas de aire acondicionado en los ductos, por un sistema de alta eficiencia con equipos que utilizan refrigerante ecológico y dimensionados con base en las necesidades de enfriamiento actuales, que cuentan con economizadores para aprovechar el aire fresco del exterior.

Ver también: Viviendas ahorradoras de energía

El proyecto

Previo a la mejora de los equipos que conformaban el sistema de aire acondicionado, se realizó un análisis de cargas térmicas para determinar la necesidad real de enfriamiento de las áreas del gimnasio.

Además, debido a que las temperaturas exteriores durante las mañanas y noches del otoño e invierno en Guadalajara son inferiores a la temperatura de confort deseada, se propuso la instalación de economizadores de aire acondicionado a los nuevos equipos tipo paquete marca Trane.

Con el objetivo de determinar cuántas horas operarían los economizadores, se consideró la información climatológica de diseño de Guadalajara, donde se constató que 839 horas al año —dentro del horario de 8 a 16 horas— tienen temperaturas de 55 °F (12.7 °C) a 69 °F (20.5 °C). Si se parte de que la temperatura del setpoint del gimnasio es de 74 °F (24 °C), sería posible reducir       839 h/año de las 2400 h/año de operación del economizador.

Con base en este potencial de reducción, se realizó el desglose de tiempos de operación por día. Al tomar en cuenta la temperatura promedio de cada temporada, se decidió reducir la operación de los aires acondicionado una hora en la mañana y una hora en la noche durante las épocas de otoño e invierno, reduciendo 748 horas de uso del aire acondicionado, esto es, de 2 400 a 1 664 horas por año.

Ahorros

Al comparar la situación original y la situación propuesta se obtuvieron los resultados presentados en la Tabla 1 y la Tabla 2.

Para finalizar, cabe mencionar que el proceso, desde los cálculos para verificar la necesidad de enfriamiento real hasta la instalación de los nuevos equipos, duró poco más de seis meses.

Las acciones realizadas devinieron en ahorros significativos que fueron evidentes en la factura del servicio de energía desde el primer mes. Fue tal el éxito obtenido, que actualmente se encuentran en planes de cambiar la iluminación a focos LED en otras sucursales.

Instalaciones auxiliares en las viviendas residenciales

Las instalaciones eléctricas residenciales han evolucionado con el paso de los años; por ejemplo: los materiales ahora son más especializados de acuerdo a su aplicación. También ha influido el número de aparatos que las familias adquieren y que requieren de alguna conexión, en algunos casos especial. Por esta situación, actualmente en las viviendas de tipo residencial es necesario considerar canalizaciones para diferentes sistemas y artefactos.
Uno de los graves errores que se cometen es que cuando se hace el diseño de la instalación eléctrica se contempla lo básico de ésta y solo en algunas ocasiones se indican salidas de televisión o teléfono. La consecuencia es que después cuando el habitante de la vivienda desea instalar, por ejemplo un sistema de circuito cerrado, se tiene que romper el muro, porque no hay canalizaciones que permitan la instalación.

El problema anterior se agrava en algunas viviendas residenciales donde hay espacios que están forrados de un material especial, como madera, y el impacto de no dejar una preparación es mayor.
Por lo anterior, es muy importante que como electricista hagas las recomendaciones pertinentes durante la obra negra y antes de los colados, para poder dejar todas las preparaciones.
Debes concientizar al cliente que es más barato hacer una inversión en ese momento, ya que después tendría que romper, dañar los acabados, afectar la estética y desembolsar una cantidad importante de dinero.

Los sistemas que transmiten datos, es decir, señales de internet, televisión, imágenes y audio independientes, utilizan conductores específicos y de diferentes calibres, los cuales deben instalarse en una canalización diferente a la eléctrica; de hacer lo contrario, habrá una interferencia en los dispositivos conectados debido al campo magnético que generan los conductores eléctricos.

Ver también: 7 ventajas de las tuberías conduit para telecomunicaciones de Poliflex

Algunos fabricantes de tuberías conduit de polietileno cuentan con canalizaciones de color azul que permiten identificar y diferenciar las instalaciones de telecomunicaciones, pues al ver una chalupa o caja de registro que tenga tubería conduit azul se sabrá que es para una instalación especial.
Te dejamos una lista que puedes utilizar en conjunto con tus clientes, para determinar qué preparaciones dejar en tubería conduit de polietileno color azul:

• Conexiones a internet por cable.
• Conexión de video portero.
• Instalación de circuito cerrado.
• Salidas para teléfonos fijos.
• Salidas para servicio televisión por cable.
• Salidas para conectar un proyector.
• Salidas de audio en sala de tv.
• Salidas para bocinas en diferentes puntos de la vivienda (sonido ambiental).

Pueden existir otras más, entre más completa sea la recomendación más valorado y profesional será tu trabajo como electricista.

5 aplicaciones de la iluminación LED para cuartos limpios

Existen ciertas áreas especializadas de trabajo conocidas como Cuartos Limpios (Clean Rooms) en las cuales se debe controlar al máximo el nivel de generación o concentración de las partículas sólidas o líquidas existentes en su espacio interior y para la iluminación general dentro de las mismas se deben utilizar luminarios LED con características especiales de diseño y construcción.

Los Cuartos Limpios (Clean Rooms) deben ser diseñados para evitar que la presencia de partículas sólidas o líquidas alteren, modifiquen o afecten la realización de ciertos procesos de manufactura o labores de investigación. Estos cuartos son creados por un sistema de aire acondicionado, el cual controla su flujo de desplazamiento (unidireccional o no direccional) en el espacio interior. El sistema de aire acondicionado incluye filtros sintéticos con características especiales que lo limpian y purifican en cada intercambio completo de operación y el cual varía de acuerdo con las actividades realizadas.

Ver también: Luminarios convencionales vs luminarios LED para la iluminación de túneles vehiculares

Los luminarios LED utilizados en los Cuartos Limpios (Clean Rooms) deben ser seleccionados correctamente para controlar o limitar al mínimo el nivel de generación o concentración de las partículas sólidas o líquidas presentes dentro del espacio interior de las áreas especializadas por iluminar y deben proporcionar los niveles de iluminación adecuados para la realización de los procesos de manufactura o labores de investigación que así lo requieran , como se muestra en la siguiente tabla.

En los Cuartos Limpios (Clean Rooms) de Clase 1 (ISO 3) y de Clase 10 (ISO 4) se utilizan luminarios LED con filtros sintéticos de alta eficiencia o de ultrabaja penetración para que un flujo unidireccional de aire acondicionado de forma vertical se desplace a través de su carcasa y lo distribuya hacia el espacio interior mediante un refractor abierto integrado por rejillas de acrílico.
En los Cuartos Limpios (Clean Rooms) de Clase 100 (ISO 5) a Clase 100,000 (ISO 8) se utilizan luminarios LED con un sistema de triple sellado con empaques de hule neopreno para una total impenetrabilidad y hermeticidad e incorporan refractores cerrados de acrílico prismático o de vidrio claro plano templado.

Las principales aplicaciones de los Luminarios LED para Cuartos Limpios (Clean Rooms) Clase 100 (ISO 5) a Clase 100,000 (ISO 8) son las siguientes:

1. Industria Electrónica (manufactura de circuitos integrados y semiconductores, discos compactos, computadoras, equipos médicos, entre otros).
2. Industria Aeroespacial (ensamble de satélites artificiales, sistemas de posicionamiento global, instrumentación de aeronaves, radares de radiolocalización, entre otros).
3. Industria Óptica (manufactura de telescopios, microscopios, sistemas láser, lentes de precisión, entre otros).
4. Industria Farmacéutica y Química (manufactura de medicamentos, cosméticos o sustancias activas, procesamiento de materias primas, laboratorios de ensayo, entre otros).
5. Industria Biotecnológica y Sector Salud (pruebas experimentales, áreas de análisis cualitativos y cuantitativos, desarrollo de prototipos, quirófanos, salas de expulsión, entre otros).

Viviendas ahorradoras de energía

Las viviendas que cumplen con la NOM-020-ENER pueden registrar un ahorro de energía eléctrica de hasta 3 mil pesos anuales, dependiendo el tipo de techo y los metros cuadrados de la construcción.

En México se construyen cerca de 225 mil viviendas al año en regiones de clima cálido a través de desarrolladores de vivienda, en localidades con altas temperaturas en verano (principalmente, en el norte del país) o con calor todo el año (como el sur del territorio nacional y las regiones costeras).
Por sus necesidades de confort térmico, estas viviendas tienen consumos promedio de electricidad que superan dos y hasta cinco veces a las ubicadas en regiones de clima templado. Esto representa una carga mayor en la economía de las familias que viven en estas regiones, donde el confort térmico es una necesidad para tener calidad de vida y ser productivo. De acuerdo con la CONUEE (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía), el uso de electricidad para confort térmico en zonas de clima cálido representa más del 30% de todo el consumo eléctrico del sector residencial y seguirá creciendo, dado que es una necesidad insatisfecha que 
crece a medida que zonas de clima cálido se urbanizan. Tan solo en los últimos cuatro años la demanda eléctrica por confort térmico ha crecido más de 50% en zonas bajo tarifas 1B y 1C.
Un elemento central que determina la cantidad de energía para confort térmico es la envolvente de la vivienda, es decir, el diseño y los materiales que componen muros, techos, ventanas y puertas. Una vivienda bien diseñada en orientación y con los elementos de envolvente adecuados puede tener mucho menores ganancias de calor y, por lo mismo, facturaciones eléctricas significativamente menores a lo largo de la vida útil de las construcciones.

Integrar elementos que atenúen las ganancias térmicas en la vivienda tiene un costo significativamente menor cuando se integran como parte de su diseño original, que el tener que hacerlo una vez terminada la edificación y que ha sido ocupada.

La norma que nos rigen

La NOM-020-ENER es una norma, vigente desde 2011, que aplica a la envolvente de las edificaciones que incluye, de manera integral, techo, muros, ventanas y puertas. Su aplicación ha encontrado fuerte resistencia de desarrolladores de vivienda por el costo adicional en la construcción. Sin embargo, esta perspectiva es parcial, ya que esos costos se recuperan, desde una perspectiva social, en menos de una quinta parte de la vida útil de las viviendas y trae consigo beneficios en salud y productividad que no se han cuantificado.
Con este propósito, se realizó un estudio cuyos resultados, a manera de resumen, se exponen en este artículo, presentando estimaciones de costos y beneficios del cumplimiento de la NOM-020-ENER para los dueños de las viviendas y para el erario público, y de los impactos por emisiones evitadas de gases de efecto invernadero.

Ver también: 9 tips para ahorrar energía eléctrica

El análisis utiliza el método de cálculo definido en la NOM-020- ENER y se lleva a cabo para tres tamaños de edificio de vivienda de un solo piso (que es la de mayor costo de cumplimiento): 39, 49 y 100 m², considerando que los edificios sin aplicación de la NOM- 020-ENER tienen dos características:

• Los muros y el techo son de concreto.
• Las ventanas ocupan el 20% del área de muros.

Para el análisis se consideran cinco tipologías de envolvente que parten de un edificio de concreto sin medidas hasta el que integra el equivalente a aislamiento de 2″ de poliestireno expandido (EPS) en techo, el equivalente a aislamiento
a 1″ de poliestireno expandido en muros, ventanas con vidrios con Factor de Sombreado (FS) de 0.6, y Factor de Corrección de Sombreado Exterior (Se) para las cuatro orientaciones de 0.9.

En México menos del 5% de las viviendas incorporan aislamiento térmico a su envolvente, mientras que un porcentaje tres veces mayor (cerca del 15%) de las viviendas cuenta con equipos de aire acondicionado.

Como principales resultados se anotan los siguientes:

• Las viviendas proyectadas (sin ninguna medida) tienen ganancias térmicas que triplican lo permitido por la NOM-020-ENER.
• Cumplir con la NOM-020-ENER implica la aplicación de cuando menos las tres primeras medidas consideradas.
• Cumplir con la NOM-020-ENER considerando a la losa de concreto como línea base implica costos adicionales que van de poco más de 13 mil a cerca de 27 mil pesos para viviendas de 39 a 100 m². Este costo se reduce en más de 33% si se considera al sistema de vigueta y bovedilla de aislamiento térmico en el techo como línea base, como se muestra en la siguiente tabla.
  
  
  


• Desde una perspectiva social, que incluye los beneficios económicos al comprador de la vivienda y al erario público, el costo adicional se paga en cerca de tres años.
 Si solo se toma en cuenta la del usuario, este periodo es de cerca de 9 años. 
Dado que su cumplimiento tiene beneficios para la hacienda pública por el alto nivel actual de subsidios al sector residencial, se estima que, en el supuesto de que el costo adicional fuera cubierto al 100% por la hacienda pública, la inversión se recuperaría en un periodo de 3 a 5 años.
• Se estima que se construyen al año 132 mil viviendas nuevas en regiones donde aplica la NOM-020-ENER (tarifas 1C a 1F).
• En caso de no cumplirse con la NOM-020-ENER, se tendrá una insuficiencia tarifaria adicional de 311 a 405 millones pesos por año a lo largo de la vida útil de las viviendas construidas en un año, e implica que cada año se sume una cantidad similar a las que se van acumulando.
• Asimismo, esas 132 mil viviendas emitirán entre 63 y 81 mil toneladas de emisiones CO²eq adicionales por año, por no cumplir con la NOM-020-ENER.

Los beneficios

Para definir los beneficios económicos y ambientales de cumplir con la NOM-020-ENER por vivienda, se plantean los siguientes supuestos:

• Que la vivienda, en el corto o mediano plazo, requerirá del uso de equipos de aire acondicionado.
Que el ahorro de energía eléctrica es de 65% para viviendas con techo de losa de concreto y de 50% para viviendas con techo de vigueta y bovedilla de aislamiento térmico.
• Se consideran unidades de aire acondicionado de ventana de 3⁄4 de tonelada de refrigeración, con eficiencia de equipo nuevo de acuerdo a la NOM correspondiente (REE=2.5), lo que resulta en una potencia de 1,050 watts.
• Para estimar consumo de energía según tarifa, se consideran horas de uso por día y días al año en que se usa el equipo de AC de acuerdo a zona tarifaria.
• Para las viviendas de 39 y 49 m² se considera un solo equipo de AC.
• Para las viviendas de 100 m² se consideran dos equipos de AC. Costo de la energía eléctrica para el usuario: 1 $/kWh. Insuficiencia tarifaria: 2 $/kWh.
Vida útil de las viviendas: 30 años.
• Se considera que la mayoría de las viviendas en tarifas 1 C y 1 D se ubica en zonas con clima cálido todo el año, mientras que las correspondientes a 1 E y 1 F están en zonas con clima cálido en verano.

El cumplimiento de la NOM-020-ENER, bajo los supuestos establecidos arriba y para viviendas de 39 y 49 m², resulta en ahorros anuales de 756 a 1,916 pesos/año para el usuario. Por su parte, las emisiones evitadas van de 0.31 a 0.79 TonCO²eq/ año por vivienda según tarifa aplicable. En lo que respecta a las viviendas de 100 m², bajo los supuestos establecidos arriba, resulta en ahorros anuales de 1,512 a 3,931 pesos/año para el usuario; mientras que las emisiones evitadas van de 0.61 a 1.57 TonCO²eq/ año por vivienda según tarifa aplicable.

8 clases de áreas peligrosas según la NOM-001-SEDE-2012

Para sitios como fábricas de algodón, chocolate, procesadoras de grano, entre otros, se debe realizar un análisis de riesgo que defina la clase del lugar, que es de suma importancia para la instalación de los equipos adecuados.

Las áreas clasificadas son zonas en las que existe un potencial de explosión y/o incendio debido a la presencia de gases, vapores o polvos finamente pulverizados en la atmósfera. Fibras altamente volátiles que estén suspendidas en la atmósfera también pueden ser motivo para que un área sea clasificada. El procesamiento normal de ciertas sustancias químicas volátiles, gases, granos, etc. o fallo accidental de los sistemas de almacenamiento de estos materiales, puede ser motivo para que un área sea clasificada. También es posible que un área sea clasificada debido al uso de disolventes volátiles en una rutina de mantenimiento normal, pues éstos se vaporizan formando una atmósfera explosiva. Cualquiera que sea la causa para clasificar un área como peligrosa, es necesario tomar precauciones para protegerse contra la ignición de la atmósfera.
La clasificación de áreas debe ser llevada a cabo por un equipo multidisciplinario conformado -como mínimo- por las siguientes especialidades: Procesos, Electricidad e Ingeniería de Seguridad.

Áreas clasificadas

La NOM-001-SEDE-2012 habla de las instalaciones en áreas peligrosas definiendo clases y divisiones.


1. Las áreas Clase I son aquellas en donde se encuentran presentes gases o vapores volátiles en suficientes cantidades para producir mezclas explosivas o inflamables.
2. Por otro lado, las áreas Clase I-División 1 son aquellas donde el ambiente peligroso está presente durante las operaciones normales. Puede estar presente de forma continua, intermitente, periódicamente o durante operaciones normales de reparación o mantenimiento; o aquellas áreas donde una avería en maquinaria o equipos libera vapores peligrosos junto con el fallo simultáneo de los equipos eléctricos
3. En las áreas Clase I-División 2 los líquidos o gases volátiles son manipulados, procesados o usados. Normalmente estos líquidos o gases están confinados en contenedores sellados que en caso de ruptura o deterioro podrían contaminar el ambiente con el material peligroso.
4. Las áreas Clase II-División 1 son aquellas donde se encuentra polvo combustible suspendido en el aire bajo condiciones normales en cantidades suficientes para producir mezclas explosivas o inflamables. Se incluyen también áreas donde polvo combustible de naturaleza conductiva puede estar presente en el ambiente.
5. En las áreas Clase II-División 2 se encuentra polvo combustible suspendido en el aire fuera de condiciones normales de operación, pero donde la acumulación de este polvo puede interferir con la disipación de calor de los equipos eléctricos o donde las acumulaciones cerca del equipo eléctrico pueden ser inflamables.
6. Las áreas Clase III son aquellas en donde se encuentran presentes fibras y partículas fácilmente inflamables, las cuales se encuentran en suficientes cantidades para producir mezclas inflamables.
7. En las áreas Clase III-División 1 las fibras o materiales que producen partículas combustibles son manipuladas, fabricadas o usadas.
8. Las áreas Clase III-División 2 son aquellas donde fibras de fácil combustión son almacenadas o manipuladas.

Ver también: Requisitos de las Instalaciones Eléctricas según el Art. 110 de la NOM-001-SEDE-2012

Equipos a instalar

Dadas las descripciones anteriores, se requieren equipos específicos para estas áreas.
Los equipos para áreas Clase I tienen que ser fabricados en cuerpos lo suficientemente fuertes como para contener una explosión si los vapores que entran al equipo son encendidos. Estos equipos deben enfriar y ventilar la combustión, asegurando que la atmósfera circundante no se encienda. Los equipos que producen calor en áreas clasificadas, tales como luminarias, deben contener la explosión. También deben operar con una temperatura de superficie inferior a la temperatura de ignición del gas volátil. Dado que los diferentes vapores y gases que hacen de un área peligrosa tienen propiedades que varían, han sido clasificados por grupos en función de una escala común de temperaturas de ignición y presiones de explosión. Estos grupos se designan A, B, C y D. El equipo seleccionado debe ser adecuado para el gas o vapor específico de la zona donde se instalará.

Los equipos para áreas Clase II tienen que ser fabricados para mantener el polvo afuera. Como en las áreas Clase I, los equipos deben operar con una temperatura de superficie inferior a la temperatura de ignición del polvo volátil. Sin embargo, en los equipos Clase II, se debe tener en cuenta el calentamiento de la luminaria como resultado de la sedimentación de polvo sobre el equipo.
Los equipos para áreas Clase III deben ser diseñados para mantener las fibras o partículas volátiles afuera, prevenir la salida de chispas o igniciones internas y operar a temperaturas inferiores a la de ignición de las fibras o partículas.