En este capítulo se describen las características principales de algunos de los equipos, ofrecidos en el mercado, para reducir el consumo eléctrico en aspectos de iluminación y temperatura de una casa y un edificio. Este capítulo no es, ni pretende ser, un catálogo de todos los equipos que pueden ayudar a reducir el consumo eléctrico; es solamente una breve guía de ellos.
6.1 Pasivo
En la presente sección se mencionan algunos de los materiales que reducen el consumo eléctrico de manera pasiva, como las pinturas, impermeabilizantes, vidrios dobles y ladrillos aislantes.
Se ha indicado que las pinturas interiores ayudan a reflejar la luz en las paredes de un cuarto. Además, existen productos que se añaden a las pinturas para darles una resistencia térmica mayor, como el Thermacels que comercializa la
Corporación Santa Rita. ThermaCels es un aditivo aislante para pintura hecho a base de una mezcla de esferas cerámicas huecas, las cuales forman una barrera térmica y acústica en la superficie pintada; además, no es combustible [Thermacels2007].
Comex, una empresa 100% mexicana con más de 50 años de actividad, elabora y comercializa productos de decoración y preservación del ambiente. En noviembre del 2006, su Negocio de Recubrimientos fue avalado por la CFE a través del Programa para el Ahorro en el Sector Eléctrico en sus líneas de impermeabilizantes Top Total y Roof Mastic al ser considerados productos
ahorradores de energía [Especificar2007]. Los impermeabilizantes acrílicos con
MicroCaps Top Total y Top Total Plus proporcionan máximo asilamiento térmico y
excelente adherencia en todo tipo de superficie con garantía de 3, 5 y 7 años; adicionalmente, integra en el impermeabilizante color blanco la exclusiva tecnología
Fotosensible única de Comex, la cual es color azul cuando se aplica y extra blanco cuando seca, permitiendo una mejor aplicación.
Owens Corning, empresa líder en la fabricación y comercialización de fibra de vidrio y aislamiento termo acústico, patentó un aislante térmico de espuma rígida de poliestireno llamado Foamular que puede instalarse fácilmente en techos, muros
y pisos; tiene alta resistencia al calor, humedad, moho y no propaga el fuego [Owens2007]. El Aislhogar es otro aislante termo acústico de fibra de vidrio
fabricado por Owens Corning; tiene una baja conductividad térmica, es inodoro, inorgánico, incombustible y no favorece la corrosión.
Los ladrillos aislantes también son ayuda importante en el ahorro de energía al momento de la construcción. Ladrillera Mecanizada es una empresa mexicana que fabrica productos de barro con la gama más amplia y diversificada y entre esos productos se encuentra el ladrillo termo aislante Barrokappa, fabricado 100% de
barro natural, disipa el calor por la corriente natural de aire que pasa por los huecos del ladillo, como se muestra en la figura 6.1. Además, las curvas de su superficie facilitan el desagüe y la evaporación [Ladrillera2007].
Figura 6.1 Ladrillo aislante Barrokappa.
Vitro es uno de los líderes mundiales en la fabricación del vidrio, es una empresa mexicana que vende a todo el continente gracias a sus subsidiarias, VitroMart es una de ellas. Entre los productos de VitroMart se encuentra la familia de cristales Duovent que proporcionan un máximo control térmico y acústico,
consisten en dos cristales separados por una cámara de aire herméticamente sellada. Gracias a estas unidades es posible ahorrar energía, tener un control solar, mejorar la acústica y la seguridad, logrando el máximo confort al mismo tiempo. La familia consta de los modelos Classic, Termik, Acustic, Elegance y Forte; el Classic es el más básico y consta solo de dos cristales con un espacio vacío entre ellos. El modelo Termik tiene además una capa reflejante en el interior
de una de las superficies lo que permite una mayor entrada de luz natural. El modelo Acustic combina los cristales con una lámina de aluminio que amortigua el ruido mientras alcanza un excelente rendimiento térmico. El modelo Elegance consigue bellos efectos sin perder el confort de los dos cristales. El modelo Forte utiliza dos cristales laminados o templados, lo que aumente su resistencia a impactos por lo que es útil en joyerías, bancos, estaciones de policía, museos o residencias [Vitro2007].
Además, VitroMart presenta las opciones de utilizar cristales de baja emisividad como el Eficient-E y el Transluz-E; los cuales permiten el paso de la luz,
pero la cantidad de calor y radiación ultravioleta que los atraviesa en muy reducida.
6.2 Sensores
Los sensores sirven para convertir una variable física, como el nivel de iluminación o la temperatura, en una variable eléctrica; de manera que pueda ser utilizada por un circuito electrónico para controlar o monitorear un proceso. El uso de sensores es una de las formas discutidas en este documento para ahorrar energía bajo la filosofía de que no es necesario mantener confortable un local si no hay nadie que lo disfrute.
6.2.1 Movimiento
Los sensores ultrasónicos de movimiento son uno de los tipos de sensores más usados en edificios. Sirven como entradas a los controladores para manejar la iluminación, la climatización y el sistema de seguridad. Estos sensores no deben activarse por sí solos con señales falsas como variaciones en la luminosidad natural, presencia de animales o variaciones bruscas de temperatura. Los sensores de movimiento deben ser seleccionados según el área que se desee supervisar, el tipo de movimiento que se desee sensar y el tipo de carga que se desee comandar. Muchos sensores de movimiento tienen integrados dispositivos como por ejemplo sensores luminosidad, receptores de IR, temporizadores y controladores horarios.
Estos sensores envían ondas de alta frecuencia hacia el área a controlar, cuando la onda choca contra un objeto, regresa al sensor; y cuando choca contra un objeto en movimiento, la onda reflejada llega con diferente frecuencia, lo cual es
interpretado por el sensor como “movimiento”; este tipo de sensores puede detectar aun detrás de puertas y divisiones, por lo que debe colocarse en el lugar adecuado para evitar activaciones falsas. Se recomienda utilizar estos sensores cuando: las áreas son grandes, hasta de 180 m2; lugares con obstáculos y/o divisiones y
aquellos donde se realizan pequeños movimientos; oficinas abiertas; salas de conferencias; baños y pasillos interiores.
6.2.2 Presencia
Los sensores de presencia sirven para saber si existen personas dentro de un espacio y decidir si los niveles de iluminación y temperatura son requeridos. Los sensores de presencia se diferencian de los de movimiento por su sensibilidad. En áreas de trabajo sedentario, como ser oficinas, aulas o consultorios médicos, no es posible usar sensores de movimiento para controlar la iluminación o la climatización. Los movimientos propios de las actividades en estos locales no son lo suficientemente importantes como para activar dichos sensores. Es por esto que se desarrollaron los sensores de presencia, que sí pueden sensar pequeños movimiento como por ejemplo, el movimiento de una mano marcando un número telefónico.
Este tipo de sensores reaccionan ante el calor del cuerpo humano; su funcionamiento correcto depende de que no haya objetos que se interpongan entre el sensor y la persona a detectar. Las aplicaciones donde se recomienda utilizar sensores infrarrojos pasivos son: las áreas con fuertes flujos de aire; las que necesitan 100% de precisión en cobertura; estaciones de trabajo; lugares donde no existan objetos que bloqueen la vista del sensor; lugares o bodegas con techos muy altos; oficinas cerradas y pasillos.
6.2.3 Dual
Existe un tercer tipo de sensor que combina la tecnología infrarroja con la ultrasónica, entregando una salida consensada de ambos. La aplicación clásica es para el control de iluminación en una sala de cómputo, el flujo de aire (generado por el aire acondicionado) podría generar falsos encendidos para un sensor ultrasónico, mientras que la falta de actividad en el área podría provocar falsos apagados con la tecnología infrarrojo. Es posible configurar el detector dual de modo que para el encendido de las luces necesite detección de presencia de las dos tecnologías,
mientras que para mantener la luz encendida, sólo sea necesario que alguna de las dos tecnologías detecte movimiento por mínimo que éste sea [Cordova2001].
La compañía Kelle cuenta con una amplia gama de sensores infrarrojos de presencia, algunos inalámbricos, otros alámbricos, con diferentes tipos de lentes y distintas zonas de cobertura, algunos de ellos incluso tienen protección para no detectar mascotas [honeywell2007]. El modelo 5890PI es un sensor infrarrojo
inalámbrico con inmunidad a mascotas de hasta 40lbs y cobertura de 10.6x13.7m,
la figura 6.2 muestra las áreas de trabajo de este sensor. El modelo 5897-35 es un
sensor inalámbrico de tecnología dual con cobertura de 11x9m, ajuste de
sensibilidad y compensación de temperatura. El modelo IS997 es un sensor
infrarrojo montable en techo con zona de detección circular de 360º y 7m de
diámetro.
Figura 6.2 Sensor infrarrojo modelo 5890PI.
La compañía Rokonet es una compañía israelí líder en investigación y desarrollo de productos para detección de intrusos y sistemas de seguridad. Sus productos son utilizados a nivel residencial, industrial y comercial en todo el mundo [Lince2007]. El modelo Lunar Industrial es un sensor de tecnología dual de tres
canales, es montable en techos de hasta 8.66m de alto y tiene una zona de
detección circular de 360º con 22m de diámetro. El modelo RK410PR es un sensor
infrarrojo de pequeño tamaño y aplicación residencial. Su cobertura es de 12x12m
y tiene compensación de temperatura. El modelo RK210PT es un sensor infrarrojo
de pequeño tamaño con inmunidad a mascotas de hasta 20kg. Su cobertura es de
La compañía Pyronix es uno de los proveedores líderes en el mundo de equipo de seguridad. Sus productos satisfacen varios estándares en los países donde se venden [Pyronix2007]. El modelo Octopus EP es un sensor infrarrojo, es
montable en techos de hasta 4 m de alto y tiene una zona de detección circular de
360º con 6.4m de diámetro. Cuenta con compensación automática de temperatura.
El modelo FP05802 es un sensor infrarrojo de pequeño tamaño y aplicación
residencial. Su cobertura es de 15x15 m y tiene compensación de temperatura y
puede ser montado en pared o techo. El modelo FP05892 es un sensor infrarrojo
de pequeño tamaño y aplicación residencial. Su cobertura es de 10x10m y tiene
compensación de temperatura y puede ser montado en pared y es inmune al movimiento de las mascotas de hasta 25Kg.
6.2.4 Luminosidad
Los sensores de luminosidad permiten determinar el nivel lumínico de espacios exteriores e interiores de un edificio. Existen sensores para las distintas aplicaciones típicas en edificios como son: control de iluminación exterior, interior, etc. Son fundamentales para la gestión de energía, potencia y vida útil de lámparas.
El LDR 720 es un sensor de luminosidad que se alimenta con 12 VDC, tiene
salida análoga de 0 a 5 VDC, y mide entre 0 y 450 luxes; es de fácil instalación y tiene aplicaciones en domótica.
El 43-160 es un sensor de luz inalámbrico que puede ser montado en las
paredes exteriores de un edificio a una altura mayor a los 2.5m para evitar
vandalismo y sombras; detecta entre 30 y 30,000 luxes o entre 60 y 60,000 luxes dependiendo de su configuración; transmite señales de RF a 868 MHz y tiene un
alcance de hasta 300m.
Por su parte, el LRI8134 es un sensor múltiple, fabricado por Philips, que
detecta luz ambiental y movimiento, es montable en techo, es muy lineal, puede detectar luz en un área de 14m2 cuando se le coloca a una altura de 2.5m. La
figura 6.3 muestra el cuerpo del sensor y su zona de detección recomendada.
6.2.5 Temperatura
Para obtener un correcto control de temperatura acorde con las exigencias de confort-energía-seguridad de un edificio, se necesita una amplia gama de sensores de temperatura, cada uno de los cuales debe responder a las características específicas del local a controlar. Por ejemplo, para controlar la temperatura en una habitación pequeña, bastará con poner un sistema tipo “Termostato” con el típico lazo de control ON-OFF. Sin embargo, para grandes locales con inercias térmicas importantes, se requerirá de otros algoritmos de control como por ejemplo lazos PI o PID. Para el correcto funcionamiento es necesario contar con mediciones de temperatura certeras, las que incluyen mediciones de temperatura interior, exterior, ductos de agua y aire entre otros.
Figura 6.4 Sensor de temperatura TE-6700.
Por ejemplo, el TE-6700 de Johnson Controls es un sensor de temperatura
para interiores, parte de los sistemas de control de temperatura de Johnson Controls, montable en pared, que trabaja entre 0 y 55ºC y permite un ajuste manual de la temperatura de Setpoint, de 19 a 29ºC, haciendo el área más confortable para
el usuario; su tiempo de respuesta es de 8 minutos cuando la la velocidad del viento es de 10 pies por minuto; tiene una resolución de 2ºC. La figura 6.4 muestra este sensor.
Otro ejemplo es el sensor TTA-370 de Desin Instruments, se basa en un
sensor PT-100, tiene una temperatura de operación de -10 a 50ºC, un tiempo de respuesta de 10 segundos y una exactitud de ±0.3 %, se alimenta con 12VDC y tiene una salida análoga de 4 a 20 mA.
6.3 Iluminación
Los sensores de iluminación permiten conocer la cantidad de luz existente. Si la iluminación general no es suficiente, el sensor se lo indica al sistema y el sistema hará los ajustes necesarios para corregir esta situación. En la sección anterior se muestra un par de sensores que cumplen esta función; en la sección actual se describen otros componentes de los sistemas de iluminación que permiten ahorrar energía.
6.3.1 Atenuadores
Los atenuadores son dispositivos electrónicos que permiten variar la intensidad lumínica de las lámparas. Algunas de las razones por las cuales se recomienda la utilización de estos son: ahorro de energía, prolongación de la vida útil de lámparas, mantenimiento de niveles lumínicos según normas de higiene y seguridad, requerimientos arquitectónicos y decorativos. El tipo de atenuador a usar depende del tipo de lámpara y potencia a controlar.
El S2330V es un atenuador electrónico que soporta lámparas
incandescentes de hasta 1500W y lámparas de Halógeno de hasta 1000W; se le puede configurar el nivel de iluminación fácilmente y puede comunicarse con un controlador para indicarle si la luz está encendida, apagada o en qué nivel de iluminación se encuentra.
El DIM-300 es un atenuador electrónico de Steren fabricado para lámparas
incandescentes de 1000W de potencia máxima. Puede colocarse en la pared sustituyendo al interruptor común, ya que cuenta con una placa de plástico para chalupa.
La marca RIZO presenta un atenuador electrónico de control remoto que trabaja con lámparas incandescentes. La presentación es la de un socket que se enrosca y un control remoto; las funciones que realiza son: encender, apagar, variar
la intensidad luminosa y temporizar el apagado. La instalación de este equipo es sencilla.
6.3.2 Balastros
Un balastro es un dispositivo que permite limitar la corriente de una lámpara fluorescente al encendido y en funcionamiento permanente. Normalmente los balastros son construidos con circuitos magnéticos y su consumo es de aproximadamente el 20% de la potencia de la lámpara. Actualmente existen en el mercado balastros ahorradores que consumen menos energía y permiten a la lámpara llegar a su vida nominal. Por otro lado, también están los balastros electrónicos que son los más eficientes. Cabe observar que los balastros ahorradores cuestan casi lo mismo que los tradicionales no siendo el caso de los electrónicos cuyo costo es superior.
El balastro electromagnético está formado por un núcleo de láminas de acero rodeado por dos bobinas de cobre que regulan la corriente; generalmente tienen un capacitor que corrige el factor de potencia, lo que permite un uso más eficiente de la energía.
Los balastros electrónicos utilizan circuitos que controlan la corriente a altas frecuencias, esto permite controlar también los niveles de iluminación de salida, aumenta el rendimiento, alarga la vida de la lámpara, reduce el volumen y peso del balastro, eliminan el parpadeo al encendido de la lámpara y el ruido del funcionamiento[Martinez2005].
Las Industrias Luart se dedican principalmente a diseñar y fabricar balastros electrónicos para lámparas fluorescentes, fluorescentes compactas y de vapor de sodio[Luart]. Cuentan con un amplio catálogo de productos; entre ellos se encuentran los balastros de arranque instantáneo, arranque rápido programado, incluso balastros inteligentes para conectar con sensores de presencia. De este último grupo se presenta la familia de balastros XT5XXEPI-12, donde la primera X
es el número de lámparas que maneja el balastro y las siguientes 2X son la
potencia de cada lámpara. Esta familia tiene una alta eficiencia, un factor de potencia mayor a 0.99 y maneja las lámparas en paralelo, de manera que si se remueve una de ellas, la otra se queda trabajando y el consumo se reduce a la mitad; el sensor de presencia utilizado es un infrarrojo pasivo que puede controlar hasta 4 balastros. La figura 6.5 muestra la manera de conectar este tipo de balastro con el sensor.
Figura 6.5 Conexión entre balastro y sensor de presencia.
Cooper Ligthing agrupa a varias de las marcas más reconocidas y utilizadas en iluminación, como Halo, Metalux, Luxmark, Corelite y McGraw Edison; cada marca mantiene sus modelos y las características de cada uno. Por ejemplo, la marca Metalux fabrica luminarias fluorescentes de alta eficiencia del tipo
parabólicas, empotrables, de superficie, para 1 ó 2 lámparas, todas con estructura de acero y pintura horneada color blanco, y sus precios son económicos. Por otro lado, Cooper Lighting vende un sistema de iluminación digital (DLS), el cual coloca
un microprocesador, una EEPROM y un receptor de RF en cada luminaria de manera que pueda ser controlada remota e inalámbricamente [CooperL2007].
6.3.3 Lámparas
Hay diferentes tipos de lámparas, cada uno tiene diferentes aplicaciones. Ya se mencionó que se prefiere el uso de lámparas incandescentes cuando el número de horas de funcionamiento sea menor a 2000 por año, o una iluminación menor a 200 luxes; en otro caso, se recomiendan lámparas fluorescentes. Sin embargo, hay más características para tomar en cuenta a la hora de elegir una lámpara.
TIPO DE EFICIENCIA IRC TEMP. COLOR VENTAJA Lámpara [Lumen/Watt] [%] [ºK] Principal
Incandescentes 0 - 25 100 2500 - 3200 Bajo costo inicial
Halogenadas 25 - 50 100 3200 Luz más blanca
LEDs 50 > 70 2700 - 4000 No genera calor Fluorescentes Compactas 75 - 110 53 - 80 3200 - 4200 Alta eficiencia y no requiere balastro Aditivos Metálicos 60 - 130 65 - 92 4500
Luz fría y alta eficiencia
Tabla 6.1. Comparativa entre diferentes tipos de lámparas.
A continuación se presentan algunas características de los distintos tipos de lámparas y la tabla 6.1 es un comparativo de sus características principales según [Llamas2006], [Helms1991] y [Led2008].
Incandescentes
- Agradable y cálido color con opciones de realce de color. - Encendido instantáneo.
- Opciones de larga vida disponibles. - Solución más económica.
- Algunos tipos disponibles con capa protectora.
- Duración de larga vida no es afectada por encendidos y apagados frecuentes.
- Excelentes para el uso con amortiguadores de luz. - Gran variedad de formas, voltajes y potencias. Halogenadas
- Hasta un 50% de ahorro con más luz por el mismo consumo de energía. - Luz rizada y más blanca para una excelente reproducción de color que se acerca a la luz de día.
- Tamaño más compacto. Fluorescentes
- Consume hasta un 80% menos energía que una lámpara incandescente con un brillo similar.
- Dura hasta 18 veces más que una lámpara incandescente - larga vida hasta 20.000 horas.
- Las lámparas fluorescentes de hoy en día vienen en atractivas variedades de tonos de blanco, desde cálidos hasta fríos.
- Suave luz difusa es excelente para iluminación en general. Fluorescentes compactas
- Larga Vida, hasta 12.000 horas o 8 años. - Suave luz blanca, SPX27.
- Hasta un 75% de ahorro de energía comparado con las lámparas incandescentes.
- Gran variedad de formas para servir a cualquier aplicación.