Método de los grados día como herramienta para la aplicación de la ISO 50001 en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV)

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Mecánica e Industrial Carrera de Ingeniería Mecánica. Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales (CEETA). Trabajo de diploma Título: Método de los grados-día como herramienta para la aplicación de la ISO 50001 en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV).. Autor: Jeffrey Sekhonyana Díaz. Tutor: MSc. Ovidio Rodríguez Santos. Curso 2016-2017.

(2) Pensamiento Solo perdura y es para bien, la riqueza que se crea. José Martí (1853-1895).

(3) Dedicatoria Esta tesis se la dedico a mi abuela María Verónica que fue mi guía, a mis padres, mi hermana, a toda mi familia y amigos que me apoyaron en estos cinco años, a todos ellos muchas gracias..

(4) Agradecimientos Le agradezco a mi familia, mis amigos, Roly, Andy, a todos los demás que me apoyaron en momentos difíciles, a mi tutor MSc. Ovidio Rodríguez Santos, a todos mis profesores que me impartieron clases en estos largos cinco años, y en especial a mi abuela. ¡Muchas Gracias!.

(5) Resumen En el presente trabajo de diploma se realiza un análisis detallado de algunas herramientas de la Norma ISO 50001, los como diferentes métodos de grados-días que son conocidos, su aplicación y uso. Se toma como herramienta de trabajo el método del MSc. Ovidio Rodríguez Santos para definir la línea base de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas de Santa Clara. Se plantean algunos procedimientos de cálculo de grados-día, reflejando el método utilizado en este trabajo, en el cual se arriba a resultados en algunos ejemplos no satisfactorios debido a algunos valores de consumo no se correlacionan entre sí. Se hace una caracterización energética de la UCLV, así como sus principales consumidores energéticos. Utilizando el software Microsoft Excel para la obtención de dicha línea tomando una temperatura base en algunos casos variables donde se satisfacen las ecuaciones de la línea base obtenida y comparando el consumo real con los resultados del modelo, reflejando los resultados a través de gráficos de dispersión..

(6) Abstract Presently diploma work is carried out a detailed analysis of the Norma's tools ISO 50001, those eat different methods of grade-days that are known, its application and use. He/she takes as work tool the method of the MSc. Ovid Rodríguez Santos to define the line bases of the Central University "Marta Abreu" of Santa Clara's Villages. They think about some procedures of grade-day calculation, reflecting the method used in this work, in which you arrive to results in some non satisfactory examples due to some consumption values is not correlated to each other. An energy characterization of the UCLV is made, as well as its main energy consumers. Using the software Microsoft Excel for the obtaining of this line taking a temperature bases on some variable cases where the equations of the line are satisfied it bases obtained and comparing the real consumption with the results of the pattern, reflecting the results through dispersion graphics..

(7) Índice. Tabla de contenido Introducción ............................................................................................................................ 1 Capítulo I: Marco Teórico ...................................................................................................... 3 1.1 Norma ISO 50001 de la Gestión Energética ................................................................ 3 1.2 Designación de un representante de la Dirección ......................................................... 3 1.3 Análisis de consumos y uso de la energía .................................................................... 4 1.4 Aplicación y uso del método de los grados-día ............................................................ 4 1.5 Métodos de cálculo para determinar grados-día ........................................................... 5 1.5.1 El método de la regresión para medir las economías ............................................ 5 1.5.2 Los modelos del cambio-punto multi-inconstantes ............................................... 7 1.5.3 Los modelos de grados-día de inconstante base multi-inconstantes ................... 10 1.6 Conclusiones parciales ............................................................................................... 11 Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001........................... 12 2.1 Objeto y aplicación de la NC-ISO 50001 ................................................................... 12 2.2 Herramientas y metodología para la aplicación de la ISO 50001 .............................. 13 2.2.1 Objetivos y metodología ...................................................................................... 13 2.3 La línea base energética .............................................................................................. 14 2.4 Teoría del método de los grados-día .......................................................................... 15 2.5 La determinación de la temperatura base ................................................................... 17 2.6 Modelo de grados-día de enfriamiento (CDD) ........................................................... 20 2.7 Conclusiones parciales ............................................................................................... 22 Capítulo III: Caracterización energética de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) ...................................................................................................................... 23 3.1 Caracterización de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV) ..... 23 3.2 Principales consumidores de energía eléctrica en la UCLV....................................... 25 3.3 Comparación mensual de los principales consumidores de energía eléctrica ............ 25 3.4 Análisis energético ..................................................................................................... 27 3.5 Análisis para definir la línea base energética ............................................................. 30 3.6 Análisis energético para algunos consumidores de energía de la UCLV ................... 36 3.7 Conclusiones parciales ............................................................................................... 40 Conclusiones generales......................................................................................................... 41 Recomendaciones ................................................................................................................. 42 Bibliografía ........................................................................................................................... 43.

(8) Introducción. Introducción Con el paso de los años se ha buscado soluciones para el incremento de la eficiencia energética con mayor rapidez y corto plazo, basado en la utilización de fuentes renovables de energía para reducir emisiones de gases de efecto invernadero y la disminución del consumo de combustibles fósiles. Se investiga en la forma de utilizar el método de los gradosdía como herramienta para aplicarlo al sistema de gestión energética, la obtención de una línea base a través de una temperatura base en casos variables con el propósito de relacionar la variación del consumo de energía mensual contra la temperatura para con ello estandarizar un procedimiento de cálculo que sea aplicable a cualquier entidad que desee su uso, para ello se necesita conocer la ISO 50001 y su aplicación. El propósito de la Norma Internacional ISO 50001 es facilitar a las organizaciones establecer los sistemas y procesos necesarios para mejorar su desempeño energético, incluyendo la eficiencia energética y el uso y el consumo de la energía. La implementación de esta Norma Internacional está destinada a conducir a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y de otros impactos ambientales relacionados, así como de los costes de la energía a través de una gestión sistemática de la energía. Esta Norma Internacional es aplicable a organizaciones de todo tipo y tamaño, independientemente. de. sus. condiciones. geográficas,. culturales. o. sociales.. Su. implementación exitosa depende del compromiso de todos los niveles y funciones de la organización y, especialmente, de la alta dirección. (Borroto, 2011) Se presenta una descripción non-matemática de grados-día y sus usos aplicados a la NC ISO 50001. Los dos usos principales de los grados-día son: . Para estimar el consumo de energía y emisiones de anhídrido carbónico debido al espacio, calentando y refrescando las restauraciones mayores.. . Para energía continua que supervisa los análisis basados en los datos históricos.. El primero puede usarse para que la energía presupuesta, negocie la energía tarifa y proporcione un cheque de la actuación esperada contra las referencias típicas. El último puede usarse para evaluar el uso de la actuación identifique cambios en los modelos del consumo, proporcione la caracterización del sistema, y ponga los blancos de consumo de energía futuros. (Day, 2006) 1.

(9) Introducción En la UCLV debido al problema que existe con el ahorro de energía se están implementando la ISO 50001 para así ser más consecuentes con el uso racional y eficiente de la energía.. Problema de Investigación ¿Se podrá obtener la línea base para toda la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV) o se necesitará desagregar valores de consumos de energías para obtener la ecuación de dicha línea que permita el monitoreo de la energía?. Objetivo general Aplicar las herramientas de la ISO 50001 al método de los grados-día en la UCLV para la determinación de la línea base utilizando los consumos mensuales y temperaturas bases variables.. Objetivos específicos . Revisión bibliográfica del estado de arte de la ISO 50001 y el Método de los Gradosdía.. . Determinar la línea base para toda la UCLV utilizando temperaturas bases variables para obtener dicha línea.. . Determinar la línea base desagregando algunos consumos de energía para obtener la ecuación de la línea base.. Hipótesis de investigación El método de los grados-día como herramienta de cálculo puede determinar la línea base de la Universidad sin desagregar valores de consumo para la obtención de la ecuación de la energía que defina como resultado la línea base.. 2.

(10) Capítulo I: Estado del Arte. Capítulo I: Marco Teórico 1.1 Norma ISO 50001 de la Gestión Energética La ISO 50001 se basa principalmente en el ciclo de mejora continua PHVA: Planear-Hacer-Verificar-Actuar e incorpora la gestión energética a las prácticas organizacionales cotidianas. En el caso de la gestión energética este enfoque significa según Borroto, 2013: . Planear: establecer objetivos y los procesos necesarios para alcanzar los resultados de acuerdo con las oportunidades para mejorar el comportamiento energético y las políticas de la organización.. . Hacer: implementar los procesos.. . Verificar: monitorear, evaluar los procesos y los productos con referencia a las políticas, objetivos y sus características claves.. . Actuar: tomar acciones para la mejora continua del comportamiento energético.. En la ISO del 2011 se establece que esta norma puede ser utilizada para la certificación, el registro o para la implantación de un sistema de gestión energética en una organización. Ella no establece requerimientos absolutos en cuanto a un comportamiento energético, más allá de los compromisos de política energética de la organización y su obligación para cumplir con los requerimientos legales o de otro tipo aplicables al caso. Autores como Beltrán, 2012 planteó que en la caracterización inicial de la situación energética es recomendable incluir un análisis de brechas entre la gestión energética actual de la organización, el esquema y requerimientos que establece la norma ISO 50001.. 1.2 Designación de un representante de la Dirección El representante se debe reportar directamente al director general de la organización, resulta conveniente designar a uno de los directores para atender las actividades del SGEn y servir como enlace con la Alta Dirección (Energy Star, 2008). Se puede opinar que esto es cierto ya que para esta labor es preciso un personal calificado que responda y cumpla con el SGEn, que posea liderazgo, conocimiento y maneje las técnicas de información y comunicación.. 3.

(11) Capítulo I: Estado del Arte 1.3 Análisis de consumos y uso de la energía En los diferentes escritos se refiere que para el cumplimiento de ese objetivo depende en gran medida de la calidad de los datos a que la organización tenga acceso, pues ello definirá el tipo de análisis que se puede realizar. (Pérez, 2008). De cualquier modo, estos datos deben, inicialmente, permitir describir de manera general la situación pasada y presente del sistema energético de la organización. Se recomienda que los datos abarquen al menos un período de dos años de operación. Antes de realizar cualquier tipo de análisis es recomendable filtrar y normalizar los datos, para de esta manera subsanar posibles errores en las mediciones, así como tener en cuenta la influencia de factores relevantes, tales como el nivel de producción y la temperatura ambiente, en el desempeño energético. Dentro de las herramientas posibles a utilizar para gestionar y presentar los datos recopilados se encuentran: . Listas, tablas, gráficas, hojas de cálculo en general.. . Software especializado para la gestión de datos.. Para normalizar los datos se pueden utilizar: . Filtrado de datos (filtrado de outliers).. . Técnica de la Producción Equivalente.. . Técnica de Horas-Grado (o grados-día).. 1.4 Aplicación y uso del método de los grados-día Los Grados día son muy importante para calcular la demanda energética tanto en frío como en calor de un determinado sistema de climatización. Por ello es imprescindible conocer, usar y saber calcular este parámetro climático. (Rodríguez, 2013) Los Grados-día son esencialmente la suma de las diferencias de la temperatura base de referencia y la temperatura media diaria exterior. La temperatura de referencia que se conoce como la temperatura base es diferente para cada edificación, es una temperatura del punto de equilibrio, es decir, la temperatura exterior en el que los sistemas de calentamiento (o enfriamiento), no necesita ejecutarse con el fin de mantener condiciones de confort.. 4.

(12) Capítulo I: Estado del Arte Cuando la temperatura exterior sea superior a la temperatura base, el sistema de climatización debe proporcionar frio. Dado que la ganancia de calor de un edificio es directamente proporcional a la diferencia entre la temperatura exterior e interior, se deduce que el consumo energético de un edificio con climatización durante un período de tiempo debe estar relacionado con la suma de estas diferencias de temperatura en este período. (ONE, 2009) Los Grados día son un parámetro importante a considerar para la definición de las estrategias de diseño o los requerimientos de climatización (natural o artificial) y, por lo tanto, la demanda de energía de una edificación. Los Grados día se pueden definir como los requerimientos de calentamiento o enfriamiento (en grados centígrados o Kelvin), necesarios para alcanzar la zona de confort, acumulados en un cierto período de tiempo (generalmente un mes; aunque podrían ser semanales, o incluso horarios). Esta temperatura de confort es la temperatura base (TB) fijada. (Rodríguez, 2013) Los Grados-día calculados por cualquier técnica se pueden aplicar ya sea para crecimiento de los cultivos o en aplicaciones de cálculos de sistemas energéticos. Lo que hace los dos usos diferentes, es la elección de la temperatura base de referencia, la forma en que se selecciona, y lo que luego se hace con el total resultante de grados-día. Los Grados Días tienen diferentes usos uno de ellos es en las edificaciones teniendo como principal aporte estimar el consumo de energía y las emisiones de dióxido de carbono debido a la calefacción y la refrigeración, para el monitoreo continuo de la energía y el análisis energético de nuevas construcciones y de los edificios existentes, sobre la base de datos históricos. Los primeros pueden ser utilizados con el fin de establecer los presupuestos de energía, y obtener un rendimiento aproximado del edificio con los patrones típicos. Este último puede ser utilizado para evaluar el rendimiento en uso e identificar los cambios en los patrones de consumo, y establecer futuros objetivos de consumo de energía. (CIBSE, 2006). 1.5 Métodos de cálculo para determinar grados-día 1.5.1 El método de la regresión para medir las economías Quizás el método más simple de medir las economías de energía de retrofit (Kissock, K., Reddy, A. and Claridge, D., 1998), es comparar el consumo de energía directamente en los períodos pro - y poste-retrofit.. 5.

(13) Capítulo I: Estado del Arte Este método asume implícitamente que el cambio en el consumo de energía entre el preretrofit y poste-retrofit los períodos son causados solamente por el retrofit. Sin embargo, los consumos de energía en la mayoría de los medios industriales frecuentemente se influencian por las condiciones del tiempo y la cantidad de producción en los dos períodos en que puede cambiar entre el pro - y poste-retrofit. Si estos cambios no se consideran para, ahorros determinados por este método simple serán erróneos. (Kissock, J.K., 1993) Porque la comparación directa entre pro - y poste-retrofit, el consumo de energía no intenta ajustar el pre-retrofit, si se planea responder a estos cambios, se llaman ahorros medidos usando este método de las economías "sin ajustar." Autores como Kissock, K. and Seryak, J., 2004a plantean que una manera de responder a estos cambios es desarrollar un tiempo para el modelo de la regresión produccióndependiente de uso de energía de pre-retrofit. Los ahorros pueden calcularse entonces como la diferencia entre el poste-retrofit consumo de energía predicho por el modelo del pre-retrofit Eˆ Pr e y el consumo de energía moderado durante el período de poste-retrofit E Meas . El. procedimiento para calcular las economías se resume por: m. S   ( Eˆ Pr e , j  EMeas, j ) j 1. (1). donde m es el número de medidas del poste-retrofit. Los pre-retrofit Eˆ Pr e planeados, se le llama modelo básico. Los ahorros medidos usando un modelo básico, se le llama las economías "ajustadas" cuando el modelo básico se ajusta para responder al tiempo y la producción condiciona en el período de poste-retrofit. Según Seryak, J. and Kissock, K, 2005, los ahorros ajustados son más exactos que las economías sin ajustar, y deben usarse siempre los datos de ahorro de energía y tiempo y deben ser medidos por la persona a cargo de la producción. Dos tipos de modelos de la regresión básicos que son apropiados para medir las economías de energía industriales se describen a continuación.. 6.

(14) Capítulo I: Estado del Arte 1.5.2 Los modelos del cambio-punto multi-inconstantes En la mayoría de los medios industriales, puede describirse la dependencia del tiempo de uso de la energía usando un modelo de cambio-punto de tres-parámetros con precisión. Los modelos de cambio-punto de tres-parámetro describen la situación común al refrescar la temperatura aérea o se empieza (calentando) más (menos) un poco la temperatura del punto de equilibrio. (Kissock, J.K., Haberl J. and Claridge, D.E., 2003) Por ejemplo, considere la situación común dónde electricidad se usa para aire acondicionado y las tareas de producción relacionadas como encender la condensación aérea. Durante el tiempo frío, ningún aire acondicionado es necesario, pero electricidad todavía se usa para los propósitos del proceso. Como los aumentos de temperaturas aéreas sobre un poco de temperatura del punto de equilibrio, el uso de electricidad del aire acondicionado aumenta como los aumentos de temperaturas aéreas externas. En los planteamientos de Kissock, K., T. Agami, D. Fletcher and D. Claridge. 1993, el coeficiente de regresión 1 describe el non-tiempo el uso de electricidad dependiente, el coeficiente de regresión 2 describe la proporción de aumento del uso de electricidad con la temperatura creciente, y el coeficiente de regresión 3 describe la temperatura del punto de cambio donde empieza el uso de electricidad tiempo-dependiente. Este tipo de modelo que refresca el punto de cambio se llama de tres-parámetro (3PC). Semejantemente, cuando se usa el combustible de la calefacción del espacio y las tareas de producción relacionadas, el uso de combustible puede planearse por un modelo de tres-parámetro (3PH) que calienta el punto de cambio. En la literatura estadística, estos tipos de modelos están conocido como el piecewise lineal o modelos del spline. En los edificios, los componentes más grandes de calefacción tiempo-inducido y las cargas de enfriamiento sobre el edificio son la conducción a través de infiltración o ventilación de aire, los dos que varían linealmente con la temperatura aérea al aire libre. (Reddy, T., J. Kissock and D. Ruch. 1998) Esta linealidad es más aun pronunciada en los medios industriales y procesos donde la ventilación es alta, la carga de aire de la combustión y la infiltración del proceso es completamente lineal con la temperatura aérea dominante. 7.

(15) Capítulo I: Estado del Arte Así, la opción de una relación lineal entre calentar y la energía refrescante y la temperatura al aire libre es asignada por las físicas de construir y procesa el uso de energía. Semejantemente, según Haberl. J., Sreshthaputra, A., Claridge, D.E. and Kissock, J.K., 2003, la opción del modelo del spline encima de un polinomio para describir el calentamiento y enfriamiento deriva el tipo de modelo usado virtualmente en todos los edificios. Los termostatos, la calefacción y los enfriamientos a las temperaturas son esencialmente lineales con la temperatura aérea al aire libre. Los modelos de 3PC y 3PH de Kissock, J.K., 1997, proporcionan una representación de los polinomios para la relación entre calentamiento, el uso de energía de enfriamiento la y temperatura aérea al aire libre. Estos modelos del punto de cambio básicos pueden extenderse para incluir la dependencia de uso de energía en la cantidad de producción agregando un coeficiente de la regresión adicional fácilmente. Los formularios funcionales para los modelos de punto de cambio de tres parámetros multiinconstantes para el uso de energía de enfriamiento, Ec, (3PC-MVR) y uso de energía calorífica, Eh, (3PH-MVR), respectivamente, es:. EC  1   2 T   3    4  P. (2). EH  1   2  3  T    4  P. (3). . . Donde, 1 es el término constante, 2 son el término de la cuesta temperatura dependiente, 3 son el punto de cambio de temperatura, y 4 son la producción el término dependiente. T es la temperatura aérea al aire libre y P es la cantidad de producción. El exponente + indica que el valor del término parentético es el cero, cuando el valor del término adjunto al paréntesis es negativo. El uso de un solo coeficiente de la regresión, 4, y un solo métrico de producción, P, es arbitrario; pueden agregarse las condiciones adicionales para responder a los productos múltiples. El número de variables de la producción necesitado para caracterizar el uso de energía de una planta depende de la planta y el proceso. En muchas plantas, como plantas de fundiciones, la relación entre el uso de energía y la producción se caracteriza con precisión por un chamusco inconstante.. 8.

(16) Capítulo I: Estado del Arte En otras plantas con mezcla de un producto heterogéneo, pueden necesitarse variables múltiples para los productos energía más intensos. En este papel, el método se demuestra usando una variable de la producción; sin embargo, la metodología está inalterada con las variables de suma de producción. En las Ecuaciones 2 y 3, el término 1 representa el uso de energía que es independiente del tiempo y la producción, como el uso de energía en las plantas con iluminación limitada. El término 2(T - 3)+ o - 2(3-T)+ representa el uso de energía al aire libre de temperatura dependiente. Varios estudios han mostrado que esa temperatura es solo en la mayoría de los casos importante cuando el uso de energía en los edificios, se refiere al uso de energía dependiente de tiempo. El coeficiente, 2, representa el coeficiente global de carga del edificio, UA, dividido por la eficacia del equipo. Cuando se consideran los casos donde el enfriamiento está presente, este término de eficacia es la eficacia del equipo de enfriamiento (las torres de enfriamiento, etc.). Alternativamente, cuando se consideran los casos donde el calentamiento está presente, este término de eficacia representa la eficacia del equipo calorífico (es decir el sistema de la olla directo al fuego, etc.). El coeficiente, 3, representa la temperatura del punto de equilibrio que es la temperatura al aire libre. El término 3·P representa el uso de energía de producción dependiente. Usando estas condiciones, las ecuaciones de la regresión simples enlatan el desagregamiento entero del uso de energía estadísticamente en los componentes independientes, tiempos dependientes y producción dependientes. Se llaman la interpretación y uso de esta técnica de desagregación al análisis de energía, y es útil para identificar los efectos de energía de cambios de productividad, y los presupuestos de energía en vías de desarrollo. Se han propuesto varios algoritmos por determinar los coeficientes en las regresiones del piecewise como las Ecuaciones 2 y 3. El método simple propuesto aquí usa una búsqueda de dos fases. El primer paso es identificar el mínimo y los valores máximos de T, y para dividir el intervalo definido por estos valores en diez incrementos de dx de anchura. Luego, el valor mínimo de T se selecciona como el valor inicial de 3 y el modelo se retrocede contra los datos para encontrar 1, 2, 3.. 9.

(17) Capítulo I: Estado del Arte El valor de 3 se incrementa entonces por el dx y la regresión se repite hasta que 3 haya cruzado el rango entero de posibles valores de T. Para las discusiones de la incertidumbre de economías determinadas usando los modelos de la regresión de Kissock, et al ven y Reddy et al. Este método ha estado incorporado en varias herramientas del software para medir las economías. Una herramienta es el inverso de ASHRAE Toolkit Modelado que apoya al ASHRAE 2002-14. (Kissock, J.K., 1999) 1.5.3 Los modelos de grados-día de inconstante base multi-inconstantes Los grados-día de inconstante base y multi inconstante (VBDD-MVR) también pueden desarrollarse modelos que rinden resultados similares. El uso de modelos de VBDD para medir las economías rastrea su origen al Princeton Scorekeeping y su método (el PRISMA) que se ha usado ampliamente en la evaluación de programas de conservación de energía residenciales. Sonderegger extendió el método para incluir las variables adicionales, como la producción. Los formularios de modelos de multi-inconstantes (VBDD) de uso de energía de enfriamiento, Ec, y el uso de energía calorífica, Eh, se muestran en las siguientes expresiones:. EC  1   2  CDD 3    4  P. (4). E H  1   2  HDD 3    4  P. (5). Donde, 1 es el término constante, 2 es el término de la cuesta, HDD (β3) y CDD (β3) es el número de grados-días de calentamiento y enfriamiento respectivamente, en cada período de datos de energía calculado con la temperatura base, 3 y 4 son el término producción dependiente. P es la cantidad de producción. El número de los grados-días caloríficos en cada período de datos de energía de días n son: CDD 3   HDD 3  . n.  (T i 1. i.  3 ). (6). 3.  Ti ) . (7). n.  ( i 1. Donde, Ti es la temperatura media diaria.. Para usar este método, debe estimarse la. temperatura de punto de equilibrio o debe determinarse la búsqueda por un algoritmo.. 10.

(18) Capítulo I: Estado del Arte Un método más simple de grados-día con 18 °C fijo de temperatura base es:. EC  1   2  CDDT  18C    4  P. (8). E H  1   2  HDD T  18C    4  P. (9). Las pérdidas en la exactitud del método de grados-día de 18 °C comparada con el método de grados-día de inconstante base dependen de la desviación entre los 18 °C del punto de equilibrio de temperatura supuesta y la temperatura del punto de equilibrio real.. 1.6 Conclusiones parciales 1. Se puede demostrar que la ISO 50001 proporciona información para desarrollar un modelo que lleve al monitoreo del consumo de energía. 2. Los modelos planteados anteriormente carecen de información para desarrollarlos posteriormente ya que se necesitan de datos difíciles de obtener, en mi opinión se puede descartar estos métodos y realizar el análisis por el método del MSc. Ovidio Rodríguez Santos donde se utilizan valores de consumos de energía y temperaturas bases variables se puede obtener ecuaciones que conduzcan a la obtención de la línea base en la UCLV.. 11.

(19) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 2.1 Objeto y aplicación de la NC-ISO 50001 Esta Norma Internacional especifica los requisitos para establecer, implementar, mantener y mejorar un sistema de gestión de la energía, con el propósito de permitir a una organización contar con un enfoque sistemático para alcanzar una mejora continua en su desempeño energético, incluyendo la eficiencia energética, el uso y el consumo de la energía. Especifica los requisitos aplicables al uso y consumo de la energía, incluyendo la medición, documentación e información, las prácticas para el diseño y adquisición de equipos, sistemas, procesos y personal que contribuyen al desempeño energético. Se aplica a todas las variables que afectan al desempeño energético que puedan ser controladas por la organización y sobre las que pueda tener influencia. No establece criterios específicos de desempeño con respecto a la energía. Ha sido diseñada para utilizarse de forma independiente, pero puede ser alineada o integrada con otros sistemas de gestión. Es aplicable a toda organización que desee asegurar que cumple con su política energética declarada y que quiera demostrar este cumplimiento a otros. Esta conformidad puede confirmarse mediante una autoevaluación y autodeclaración de conformidad o mediante la certificación del sistema de gestión de la energía por parte de una organización externa. La política energética debe establecer el compromiso de la organización para alcanzar una mejora en el desempeño energético. La alta dirección debe definir la política energética y asegurar que: a) Sea apropiada a la naturaleza y a la magnitud del uso y del consumo de energía de la organización. b) Incluya un compromiso de mejora continua del desempeño energético. c) Incluya un compromiso para asegurar la disponibilidad de información y de los recursos necesarios para alcanzar los objetivos y las metas. d) Incluya un compromiso para cumplir con los requisitos legales aplicables y otros requisitos que la organización suscriba, relacionados con el uso y el consumo de la energía y la eficiencia energética. e) Proporcione el marco de referencia para establecer y revisar los objetivos energéticos y las metas energéticas. 12.

(20) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 f) Apoye la adquisición de productos y servicios energéticamente eficientes y el diseño para mejorar el desempeño energético. g) Se documente y se comunique a todos los niveles de la organización. h) Se revise regularmente y se actualiza si es necesario. 2.2 Herramientas y metodología para la aplicación de la ISO 50001 2.2.1 Objetivos y metodología Se han de identificar las áreas de consumo inicialmente desarrollando un balance energético a continuación, se define los objetivos y la metodología. Objetivos Emplear datos procedentes de la auditoria energética o realizar un balance energético. Definir el proceso de cálculo de la línea base. Definir el resto de estructura técnica que dé el soporte al posterior control operacional del sistema. Metodología para la aplicación Entendimiento de los procesos y de las áreas de consumo energético englobados en cada proceso. Se hará una recopilación de datos propios del sistema de control y un análisis de los mismos para realizar el balance energético. Se decidirá junto con la entidad la implantación de las mejoras propuestas en la auditoria energética si la hubiese. Se definirá el nivel de detalle que se pretende alcanzar con las áreas de consumo de la organización. Se elaborará una matriz de áreas de consumo que llevará a la realización del balance de energía. Se estudiará la estructura de obtención de datos para los indicadores de seguimiento: Asociación de las áreas de consumo a los vectores energéticos de los procesos y subprocesos. Tipología de equipos. Calibración y validación de los datos para el posterior control operacional. 13.

(21) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Una vez conocido el funcionamiento energético de las instalaciones agrupados en áreas de consumo, se procederá a la definición de la metodología de cálculo de la línea base: Basado en la matriz de áreas de consumo elaborada. Identificación de la por parte del personal técnico y recopilación de factores que alteren el desempeño energético (consumo relativo) de la instalación. Cuantificación (en el caso posible) de los factores energéticos. Finalmente se procederá a la redacción del procedimiento técnico y periodicidad del cálculo de la línea base. 2.3 La línea base energética El problema de pronóstico de demanda de energía eléctrica surge en la necesidad de conocer, en forma aproximada, los valores de una cierta variable o índice, para con este valor tomar las medidas necesarias que sean aproximadas de acuerdo con el crecimiento del sistema. Los valores estimados se determinan tomando información archivo historio y procesando adecuadamente los datos, determinando así los patrones o funciones de comportamiento para proyectarlos a futuro. (Ramírez Jiménez, 2008) La línea base energética es la referencia cuantitativa que proporciona la comparación del desempeño energético. . Una línea base energética refleja un período específico.. . Una línea base energética puede normalizarse utilizando variables que afecten al uso y al consumo de la energía, por ejemplo, nivel de producción, grados-energía (temperatura ambiente), etc.. . La línea de base energética también se utiliza para calcular los ahorros energéticos, como una referencia antes y después de implementar las acciones de mejora del desempeño energético.. La organización debe establecer una línea de base energética utilizando la información de la revisión energética inicial y considerando un período para la recolección de datos adecuado al uso y al consumo de energía de la organización. Los cambios en el desempeño energético deben medirse en relación a la línea de base energética. 14.

(22) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Para determinar la línea base energética en cada una de las direcciones territoriales es necesario seleccionar un período adecuado de uso de consumo de energía de todos los centros que la conforman. Se identifica el indicador de consumo para cada uno de las unidades permitiendo establecer una línea base donde la suma de todos estos indicadores permitirá llegar al indicador de cada una de las direcciones territoriales. La línea base energética será el patrón guía en el momento de planificar la energía a consumir, también nos permitirá calcular los ahorros energéticos, como una referencia antes y después de implementar las acciones de mejora del desempeño energético. En la UCLV es necesario determinar la línea base energética para monitorear el consumo de energía, para así planificar lo que se puede llegar a consumir en un mes específico para no sobrepasar los MWh mensuales que se le otorga a la institución para realizar sus labores diarias. Es preciso para este desarrollo valores de consumos y temperaturas bases para así realizar los cálculos que conlleven a la determinación de la línea base. Se puede plantear algunas acciones que reduzcan el consumo mensual como la: . Sustitución de las lámparas incandescentes de 20W por luminarias de bajo consumo (9W). . Optimización del horario de iluminación. . Optimización del horario de climatización. . Regulación de la temperatura de las oficinas. Posibles soluciones al problema de la energía son: . Reducir el consumo de energía. Es decir, consumir menos kWh o energía.. . Optimizar la boleta de energía. Es decir, pagar menos por los kWh consumidos.. La solución a estos problemas será posible si todos contribuyen a colaborar y se tiene una adecuada conciencia energética para así encontrar soluciones a los problemas. 2.4 Teoría del método de los grados-día Los grados-día se utilizan para supervisar el consumo de la energía eléctrica en los edificios existentes, los métodos estadísticos se describen determinando las temperaturas bases. Además, existen nuevas técnicas para determinar la humedad baja.. 15.

(23) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Los grados de un período determinado de tiempo (una semana, un mes, etc.) son la suma, para todos los días de ese período de tiempo, de la diferencia entre una temperatura fija o base de los Grados-día (16, 18, 20, 22, 25°C) y la temperatura media del día. Cuando esa temperatura media diaria sea inferior a la temperatura base, obtendremos los Grados día de calentamiento; si, por el contrario, esa temperatura media diaria es superior a la base, obtendremos los Grados día de enfriamiento. Así que se pude tener dos tipos de Grados-día: de calentamiento o de enfriamiento. (Rodríguez, 2013) Según lo planteado anteriormente se puede calcular los grados-día mensuales de enfriamiento por las siguientes ecuaciones: Las variables que intervienen son tmín, tm y tmáx. Donde, tmín: temperatura mínima tm: temperatura media y tmáx es la temperatura máxima.. ζ=. 𝑡𝑚 𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚𝑖𝑛. Para el intervalo (tb ≤ tmin), los grados-día de enfriamiento se calculan por la expresión (2) GDme = N(tm-tb). (2). Donde, N: cantidad de días del mes considerado. tb: temperatura base. Para el intervalo (tmin ≤ tb ≤ tmax), los grados-día de enfriamiento se calculan por las expresiones de la (3) a la (8) Se calcula tmee por la expresión (3) para tb = tm y se sustituye en las ecuaciones (4) y (5) 𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚𝑖𝑛. tmax= (tb-tmin). 𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚𝑖𝑛. + tm. (3). θmax−tmax. Ze=. ln tmee−tmax tmee−tm. (4). 16.

(24) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Θmee= tmax-Z. (5). Z= A𝜁 −𝐵. (6). El valor de θmee calculado en (5) se sustituye en (4) para calcular Ze Por las expresiones (3) y (5), se calcula tmee y θmee, ambas, para el valor de tb = tm los restantes valores de tmee y θmee se obtienen sustituyendo los valores de tb en (3) y los de tmee en (7) para todos los valores de tb en el intervalo tmin ≤ tb ≤ tmax A y B son los coeficientes típicos para cada región. Θmax= (tmee-tmax)𝑒 𝑍𝑒(𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚) + 𝑡𝑚𝑎𝑥. (7). GDme= N (θmax-tb). (8). Otra expresión para el cálculo de los grados-día de enfriamiento puede ser por la ecuación siguiente:. GDm= N(tm-tb) Donde, GDm= Grados-día mensuales de enfriamiento. N= número de días del periodo correspondiente. Se toma N = Nmes cuando el período de tiempo se considera para un mes. tm= temperatura media para el período. tb= temperatura base.. 2.5 La determinación de la temperatura base La determinación analítica de temperaturas bases es compleja y se usan principalmente los métodos estadísticos. Se puede obtener la temperatura base de un edificio usando el piecewise de regresión lineal para determinar el intercepto del tiempo con el consumo de la energía eléctrica dependiente e independiente. Otro método estadístico para determinar la temperatura base de un edificio es basado en la línea de la actuación.. 17.

(25) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 En lugar de usar la regresión lineal se puede usar el segundo orden polinómico de la regresión y determinar el valor bajo por una variación de temperatura baja para que el coeficiente de la regresión del término cuadrático se vuelva cero o el valor polinómico sea casi igual al lineal. La tabla 1 muestra las temperaturas mínimas, medias, máximas y la tabla 2 las temperaturas bases calculadas por el método del MSc. Ovidio Rodríguez Santos reflejadas en la Tesis de Yunior García Gálvez, 2017. Tabla 1: Temperaturas mínimas, medias y máximas del año Temp. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Tmax. 26.8. 27.4. 29.10. 30.50. 31.20. 31.50. 32.70. 32.60. 31.80. 30.10. 27.80. 26.50. Tmin. 15.8. 15.7. 17.10. 16.50. 21.10. 21.70. 22.10. 22.00. 21.70. 20.70. 18.00. 15.80. T'm. 20.6. 20.9. 22.57. 23.00. 25.87. 26.36. 27.23. 27.12. 26.52. 25.05. 22.36. 20.49. Para el cálculo de estas temperaturas bases se toma como referencia los valores de temperaturas mínimas y máximas de un año típico usando datos meteorológicos para un período de años, ejemplo del 2009 al 2013, se toma como muestra la temperatura media variable para cada día del mes durante un período de cinco años. Calculando una temperatura base variable para la misma cantidad de días del mes, luego se hace corresponder la temperatura base con los valores de temperatura media para cada día donde el resultado de ese valor es la resta de la temperatura media menos la temperatura base (tm - tb), siendo este valor un número variable para cada día y luego al realizar una suma total de todos los valores diarios se pudo obtener el valor de los grados día para un día del mes y así sucesivamente para cada día del mes durante el período de tiempo.. Para obtener la ecuación de la energía se realiza un tanteo de temperaturas bases hasta llegar al valor en que la ecuación cuadrática sea cero o casi cero, para luego plantear la ecuación lineal y determinar los coeficientes a y b típicos para cada región especifica. En la siguiente tabla 2 se muestran diferentes temperaturas bases con los grados-días calculados en la antes tesis de Yunior García Gálvez, 2017.. 18.

(26) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001. Tabla 2: Temperaturas bases del año. Tb 32 ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO 0.77 AGOSTO 0.49 SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE. 31. -0.10 4.98 4.28 0.49. 30. -0.83 1.15 2.77 12.54 11.47 4.56 -0.25. 29. -0.36 -0.15 6.46 9.38 23.16 21.75 12.11 -0.07. 28. -1.73 3.43 15.33 19.35 36.54 34.83 22.80 4.59. 27. 26. 25. 24. 23. 22. 21. 20. 19. 18. 17. 16. 15. 14. 13. 12. 11. 10. -1.63 0.71 9.71 27.39 32.34 52.42 50.45 36.33 13.25 -2.45. -4.12 -2.89 6.62 18.48 42.32 48.02 70.56 68.37 52.39 25.46 -1.16 -2.76. -4.74 -0.45 15.68 29.56 59.81 66.11 90.75 88.35 70.73 40.82 4.49 -4.45. -0.83 5.34 27.63 42.77 79.61 86.35 112.77 110.19 91.12 58.99 14.00 -1.46. 7.15 14.16 42.18 57.96 101.46 108.50 136.45 133.71 113.33 79.62 26.95 5.69. 18.74 25.73 59.11 74.95 125.15 132.34 161.61 158.74 137.16 102.44 42.93 16.58. 33.58 39.77 78.20 93.62 150.47 157.70 188.10 185.12 162.44 127.19 61.60 30.79. 51.28 56.04 99.23 113.84 177.24 184.38 215.78 212.70 189.01 153.62 82.64 47.95. 71.55 74.32 122.02 135.46 205.28 212.23 244.53 241.36 216.71 181.52 105.75 67.74. 94.08 94.40 146.40 158.40 234.46 241.11 274.21 270.98 245.42 210.71 130.69 89.85. 118.61 116.09 172.21 182.52 264.64 270.88 304.74 301.44 275.01 241.01 157.22 114.02. 144.90 139.22 199.31 207.74 295.68 301.44 336.00 332.65 305.37 272.28 185.14 140.00. 172.74 163.65 227.56 233.96 327.48 332.67 367.91 364.52 336.41 304.38 214.26 167.56. 201.94 189.22 256.84 261.10 359.95 364.49 400.40 396.97 368.03 337.18 244.42 196.52. 232.33 215.81 287.04 289.07 392.98 396.80 433.37 429.93 400.15 370.57 275.46 226.69. 263.74 243.29 318.06 317.80 426.49 429.54 466.78 463.31 432.70 404.47 307.27 257.91. 296.04 271.57 349.81 347.22 460.43 462.63 500.56 497.08 465.62 438.79 339.72 290.05. 329.10 300.55 382.19 377.27 494.71 496.02 534.66 531.16 498.84 473.45 372.70 322.96. 19.

(27) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001. 2.6 Modelo de grados-día de enfriamiento (CDD) Similar al modelo 3PC del cambio de punto, los grados-día de enfriamiento (CDD) proporcionan tres parámetros físicos: el tiempo o uso de energía temperatura-independiente, la cuesta refrescante tiempo-dependiente, y la temperatura del punto-equilibrio enfriamiento. El consumo de energía se compara con el número de grados-día enfriamiento requerido por la facilidad basada en la temperatura del equilibrio-punto de enfriamiento especificada. Típicamente, los modelos de CDD representan energía eléctrica usada para el enfriamiento y otros usuarios eléctricos finales. Muchos publicaron los recursos que han presentado la validez del modelo del grado-día de enfriamiento inconstante-bajo al evaluar el consumo de energía básica residencial, comercial, y algunas escenas industriales.. Para entender la conducta del modelo de CDD, se debe entender primero la aplicación de los grados-día de enfriamiento. Pueden definirse los grados-día de enfriamiento como la diferencia de la suma de la temperatura entre la media temperatura de bulbo seco ambiente diaria y la temperatura del punto de enfriamiento interior encima de un intervalo i de tiempo dado, encima de un período de días Ni. En otros términos, es una medida de cuánto tiempo la temperatura aérea al aire libre era antes una temperatura de la referencia especificada. La ecuación durante los grado-días de enfriamiento como una función de la temperatura del punto de enfriamiento interior se representa en la ecuación (Fels, 1986). El “+” el partidario de la señal los anaqueles representan eso que sólo las diferencias de temperatura positivas son evaluadas, por otra parte, la diferencia es igual a cero. 𝑁𝑖. 𝐶𝐷𝐷𝑖(𝑇𝑐, 𝑠𝑒𝑡) = ∑(𝑇𝑎𝑚𝑏, 𝑖𝑗 − 𝑇𝑐, 𝑠𝑒𝑡)+ 𝑗=1. Donde:. CDDi (Tc,set) = los grados-día como una función de Tc, set durante el intervalo i de tiempo especificado, °C-día. Ni = al número de días durante el intervalo i de tiempo especificado, días.. 20.

(28) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001 Tamb,ij = al promedio de la temperatura aérea al aire libre del día en el intervalo de tiempo i, °C. Los modelos inversos de grados-día de enfriamiento tienen la habilidad de utilizar a cada hora, diariamente la publicación mensual de los datos. El intervalo de tiempo de datos representado en el modelo de la regresión es a menudo determinado por el tipo de datos disponible. Los medios industriales, y los estudios presentaron en el estudio, la energía de la huella a través del análisis de facturas de utilidad mensuales. El número de días por cada mes, y así el número de días observó durante cada utilidad la factura el período de servicio, este varía a lo largo del año. Para quitar esta variación, los grados-día se normalizan dividiendo por el número observado de días, Ni, durante el intervalo de tiempo i. Esta manera que cada variable se expresa por su valor del promedio diario.. Pueden representarse los grado-días de enfriamiento normalizados como una función de la temperatura del punto de enfriamiento interior en la siguiente ecuación (Fels, 1986). Se normalizó los grados-día cada día durante el período del observamiento, y se expresa lo que se refiere en grados-día por día.. 𝑐𝑑𝑑𝑖(𝑇𝑐, 𝑠𝑒𝑡) =. 𝐶𝐷𝐷𝑖(𝑇𝑐,𝑠𝑒𝑡) 𝑁𝑖. =. + ∑𝑁𝐼 𝑗=1(𝑇𝑎𝑚𝑏,𝑖𝑗−𝑇𝑐,𝑠𝑒𝑡). 𝑁𝑖. donde, cddi(Tc,set) = normalización de los grados-día de enfriamiento como una función del punto de enfriamiento interior de la temperatura para el intervalo de tiempo i especificado, °Cdía/día. Esta ecuación demuestra como el consumo de energía refrescante total son correlativas con los grados-día de enfriamiento a través de un equilibrio de energía firme con una facilidad particular. Si la temperatura del punto-equilibrio de enfriamiento se define como la temperatura ambiente para que ninguna energía refrescante requiera la temperatura del punto de enfriamiento, esta puede redefinirse como es mostrado en la ecuación siguiente.. 21.

(29) Capítulo II: Metodología de aplicación de los grados-día a la ISO 50001. 𝑐𝑑𝑑𝑖(𝑇𝑏, 𝑐) =. + ∑𝑁𝑖 𝑗=1(𝑇𝑎𝑚𝑏,𝑖𝑗−𝑇𝑏,𝑐). 𝑁𝑖. donde, cddi (Tb,c) = normalización de los grados-día de enfriamiento como una función del puntoequilibrio de enfriamiento de la temperatura para el intervalo de tiempo especificado i, °Cdía/día, La definición de los grados-día de enfriamiento produce el tercer parámetro de la regresión de la ecuación de los grados-día refrescantes, la referencia de enfriamiento o la temperatura del punto-equilibrio. Como el valor diariamente de los aumentos de temperatura aéreos al aire libre sobre la temperatura del punto-equilibrio de enfriamiento, el número de aumentos de los grados-día de enfriamiento y los aumentos de consumo de energía linealmente.. Los valores reales de la temperatura del punto-equilibrio de enfriamiento, así como los parámetros a y b, se obtiene por el análisis de la regresión (Sonderegger, 1998). La ecuación siguiente resume la fórmula para el modelo de los grados-día de enfriamiento bajoinconstante, similar al modelo lineal que presentó Fels (1986). 𝐸𝑐 = 𝑎 + 𝑏[𝑐𝑑𝑑𝑖(𝑇𝑏, 𝑐)]. Es importante que la cantidad de grados-día de enfriamiento sea independiente, singular e inconstante en la ecuación de energía CDD. Además, la cantidad de grados-día de enfriamiento es directamente dependiente en la temperatura de referencia del puntoequilibrio de enfriamiento. En los grados-día de enfriamiento multivariable se pueden evaluar los modelos que incluyen las variables independientes adicionales. 2.7 Conclusiones parciales 1. Para desarrollar la metodología de cálculo es preciso conocer el método adecuado que sea fácil, explicativo y preciso. 2. Al seleccionar la temperatura base correcta se puede obtener la línea base para planificar la energía a consumir en un período de tiempo.. 22.

(30) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV Capítulo III: Caracterización energética de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) 3.1 Caracterización de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV) La UCLV se fundó mediante el Decreto Presidencial No. 16 de octubre de 1948, comenzando sus actividades académicas el 30 de noviembre de 1952, fecha de su aniversario oficial. Recibe su nombre de la patriota y benefactora villareña Marta Abreu de Estévez (1845-1909). En el momento de su inicio, la UCLV era la tercera universidad existente en el país, situación que se mantuvo hasta después de 1959, año del triunfo de la Revolución. El verdadero desarrollo de la UCLV se llevó a cabo a partir de 1959, con la ejecución de la Reforma Universitaria y una profunda transformación esencial en la enseñanza, en la formación de profesionales de nuevo tipo y por su vinculación con las prioridades del desarrollo social y económico del país. En las décadas de los ´60 y ´70 se amplió su perfil de carreras, se orientó su desarrollo hacia las necesidades de la sociedad y se consolidó el modelo de formación del profesional. En la primera mitad de la década de los ´80 se fortaleció la inserción de la Universidad en la producción, los servicios y el trabajo social y a partir de 1986, se potenció su conversión como Centro de Investigaciones, puesto en función del desarrollo nacional y la avanzada científica. En la década de los ´90 se mantuvo el desarrollo ascendente de la UCLV, aplicando fórmulas creativas para sobreponerse a las restricciones económicas del período especial, basándose en la unidad de los miembros de la Comunidad Universitaria, lo que le ha permitido mantenerse en la avanzada de la formación de profesionales, el postgrado y la actividad científico-tecnológica entre las universidades del país. Ya desde el año 2014 se comienzan a dar los primeros pasos para la integración de la universidad de ciencias pedagógicas y las ciencias del deporte en un solo núcleo universitario de conjunto con el Colegio Universitario de Formación Básica (antigua Trabajadores Sociales). Todos juntos forman hoy la Universidad Integrada.. 23.

(31) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV Dentro del objeto social de la UCLV las principales actividades son las siguientes: . Llevar a cabo la formación integral de los estudiantes universitarios, en las ramas de las Ciencias técnicas, Agropecuarias, Económicas, Sociales y Humanísticas, Exactas y naturales y de la Cultura Física.. . Llevar a cabo la formación académica de postgrado y la superación continua de los profesionales universitarios.. . Desarrollar la investigación científica como elemento consustancial de la educación superior, en coordinación con el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente.. . Promover, difundir y encauzar la influencia e interacción creadora del centro en la vida social del país, mediante la extensión de la cultura universitaria.. . Dirigir y controlar la preparación y superación de los cuadros y sus reservas en coordinación con los Organismos de la Administración Central del Estado y los gobiernos territoriales, acorde con la política trazada por el Gobierno.. El centro funciona las 24 horas del día y el consumo energético fundamental está comprendido entre las 07:30 y 18:00 h, en la actividad docente - investigativa. En las horas día no comprendidas en el horario anterior el consumo se enmarca en las residencias estudiantiles y los laboratorios de computación. Con relación al potencial humano vinculado al consumo energético se deben considerar tanto los alumnos como los trabajadores, cuya composición se puede ver en la siguiente tabla: Indicador. Curso 2016-2017. Matricula total. 8872. Becarios. 4612. Profesores. 3336. Total de trabajadores. 4450. 24.

(32) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV 3.2 Principales consumidores de energía eléctrica en la UCLV El consumo de energía eléctrica de la UCLV fundamentalmente se encuentra en: . Equipos de computación, de los cuales en la actualidad se cuenta con 3421 unidades en funcionamiento y 585 unidades fuera de servicio.. . Equipos de climatización (acondicionadores de aire, de ventana y consolas), instalados en su mayoría en los laboratorios de computación de estudiantes y de profesores. En la actualidad se cuenta con 755 unidades.. . Equipos de refrigeración, en la actualidad se cuenta con 232 equipos, aquí se incluyen refrigeradores, cajas de agua, bebederos y cámaras frías, siendo estas últimas las de mayor consumo, de las cuales contamos con 8 cámaras de congelación y 6 de mantenimiento.. . Sistema de bombeo de agua, que constituye un acueducto que abastece a una población de más de 10000 personas, para lo cual se cuenta con 3 bombas en total, una de 48 L/s y los dos restantes de 34 L/s.. . Sistema de iluminación, compuesto por lámparas fluorescentes para la iluminación interior y de vapores de sodio para iluminación exterior.. Además, cuenta con dos sistemas para la generación de vapor en la sede central, constituidos por dos salas de caldera, una ubicada en la cocina central con 2 calderas que consumen FuelOil con una capacidad de 2500 kg vapor/h cada una y otra ubicada en la cocina de ciencias agropecuarias con una caldera que también consume Fuel-Oil con una capacidad de 1100 kg vapor/h. Además, se encuentran 3 calderas en el ISP "Félix Varela" con una capacidad de 2860 kg vapor/h que consumen Gas-Oil y 2 en el ISCF Manuel Fajardo con una capacidad de 1000 kg vapor/h que consume Gas-Oil. 3.3 Comparación mensual de los principales consumidores de energía eléctrica Las facultades y sedes debido a su jornada de trabajo tienen una variedad de equipos que consumen energía eléctrica y el valor de consumo en MWh, en la siguiente tabla 3 se reflejan los valores: 25.

(33) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. Tabla 3: Consumidores de la UCLV por meses (madrugada, pico y pérdidas) en MWhtotal Consumidores. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre. Planta Piloto. 135. 130. 134. 132. 136. 135. 125. 110. 145. 138. 143. Centralito. 0. 122. 112. 111. 110. 120. 114. 100. 115. 124. 134. Albergue 900. 33. 34. 35. 37. 38. 37. 30. 10. 32. 35. 37. Gimnasio. 24. 25. 27. 28. 23. 23. 21. 10. 26. 25. 27. Cámara 1. 10. 12. 11. 13. 15. 9. 17. 6. 11. 14. 15. Cámara 2. 22. 11. 20. 21. 20. 17. 18. 7. 21. 22. 15. Cámara 3. 13. 12. 10. 12. 14. 15. 21. 8. 13. 12. 13. Cámara 4. 11. 14. 15. 12. 15. 10. 22. 8. 14. 11. 13. Ing Gen y Biotec. 10. 9. 8. 4. 7. 4. 4. 3. 8. 11. 9. Bioact Químicos. 12. 2. 4. 4. 7. 10. 5. 2. 12. 13. 10. Servidor UCLV. 12. 13. 21. 23. 20. 23. 13. 5. 17. 16. 12. Casa de Visita. 11. 12. 11. 9. 12. 13. 13. 6. 8. 13. 12. Puerta UCLV. 10. 13. 15. 12. 12. 12. 12. 7. 13. 10. 13. Ofic Exp. 11. 12. 12. 14. 9. 10. 8. 6. 14. 10. 12. 26.

(34) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. 3.4 Análisis energético En los análisis energéticos se tomará el período comprendido entre los meses de enero a noviembre de 2016. El siguiente gráfico muestra los valores de consumo total por meses en MWh. Consumo en MWh. Consumo vs Meses 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0. 4363. 303 427 432 435 437 423 415 234 439 420 398. Consumos energéticos. Meses. Figura 3.1 Consumos energéticos de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. El gráfico muestra que el mayor consumo fue en el mes de mayo del 2016 debido a que se acerca a los meses de verano donde las temperaturas son más altas que en otros meses del año. Estos consumos son importantes ya que con ellos y con una temperatura base seleccionada se confeccionará los gráficos de dispersión correspondientes para determinar la línea base de la UCLV, así aplicar el método de los Grados-día para así supervisar la energía eléctrica utilizada en dicha institución.. La siguiente tabla 4 muestra los valores de consumo mensual, el % que representan del total y el % acumulado mensualmente.. 27.

(35) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV Tabla 4. Valores de consumos en MWh, % y % acumulado. Meses. Consumos. %. % Acumulado. energéticos Enero. 303. 6.67. 6.67. Febrero. 427. 9.41. 16.08. Marzo. 432. 9.52. 25.59. Abril. 435. 9.58. 35.18. Mayo. 437. 9.63. 44.80. Junio. 423. 9.32. 54.12. Julio. 415. 9.14. 63.26. Agosto. 234. 5.15. 68.41. Septiembre. 439. 9.67. 78.08. Octubre. 420. 9.25. 87.33. Noviembre. 398. 8.77. 96.10. Total. 4363. 96.1013216. Los siguientes gráficos muestran los consumos mensuales el % que representan del total y el % acumulado representado en la figura 3.3.. 28.

(36) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. CONSUMOS MENSUALES Y % Enero, 7%. Noviembre, 9%. Febrero, 10%. Octubre, 10%. Marzo, 10%. Septiembre,, 10%. Abril, 10%. Agosto, 5%. Julio, 9% Mayo, 10% Junio, 10%. Figura 3.2 Gráfico de sectores. % del consumo mensual del total.. 100.00 96.10 90.00 87.33 80.00 78.08. 450. Consumo en MWh. 400. 350. 68.41 63.26. 300. 54.12. 250. 44.80. 200. 35.18. 150. 25.59. 100 50. 70.00 60.00 50.00 40.00. % Acumulado. 500. Consumo MWh %acumulado. 30.00 20.00. 16.08. 10.00. 6.67. 0. 0.00. Meses. Figura 3.3 Gráfico de Pareto para la representación del % acumulado del consumo mensual.. 29.

(37) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV 3.5 Análisis para definir la línea base energética Utilizando el método del MSc. Ovidio Rodríguez Santos en la tabla 1 y 2 se seleccionan la temperatura media mensual y la base respectivamente, con estos datos y con los consumos energéticos se puede confeccionar los gráficos que correlacionen estos valores.. Tabla 5. Energía eléctrica mensual y temperaturas medias del año con temperatura base 24°C. Meses. Consumo. Tm. GD Tb=24. Febrero. 427. 20.8. 5.33921007. Marzo. 432. 24.1. 27.6261124. Abril. 435. 26. 42.7749261. Mayo. 437. 25.1. 79.6097021. Septiembre. 439. 26.5. 91.1172734. A continuación, el gráfico muestra la correlación entre el consumo y los grados-día.. Consumo vs Grados-días 440. Consumo de energia en MWh. 438 436 434 y = 0.1261x + 427.78 R² = 0.9235. 432 430 428 426 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. Grados-día. Figura 3.4 Gráfico de dispersión para una temperatura base de 24°C.. 30.

(38) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV No existe una buena correlación entre el consumo y los grados-día debido a que hay valores de consumos que son un poco inexactos y esto puede que haya influido en la determinación de la línea base.. Tabla 6. Consumos reales y consumo modelo para diferentes temperaturas medias. Meses. Consumo. Tm. Modelo. Tb. a. b. Real (MWh) Enero. 303. 20.65. 198.65105. 24. 224.78. 7.7892. Febrero. 427. 20.91. 200.726953. 24. 224.78. 7.7892. Marzo. 432. 22.57. 213.64997. 24. 224.78. 7.7892. Abril. 435. 23.00. 216.99917. 24. 224.78. 7.7892. Mayo. 437. 25.87. 239.326683. 24. 224.78. 7.7892. Junio. 423. 27.36. 250.930354. 24. 224.78. 7.7892. Julio. 415. 27.23. 249.938193. 24. 224.78. 7.7892. Septiembre. 439. 26.52. 244.414072. 24. 224.78. 7.7892. Octubre. 420. 25.05. 232.983742. 24. 224.78. 7.7892. Noviembre. 398. 22.36. 211.97752. 24. 224.78. 7.7892. Para obtener el consumo modelo de energía se calcula por la siguiente ecuación: Ec= a + b(tm-tb) Donde, a y b son coeficientes típicos de cada región. tm es la temperatura media y tb la temperatura base.. 31.

(39) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. Consumo real vs Temp media 300. Consumo real en MWh. 250 200 150 y = 7.7892x + 37.839 R² = 1. 100 50 0 0.00. 5.00. 10.00. 15.00. 20.00. 25.00. 30.00. Temperatura media. Figura 3.5 Gráfico de dispersión para diferentes temperaturas medias. En gráfico de la figura 3.5 muestra valores correlacionados perfectamente, pero el coeficiente b no se acerca al valor cero porque puede ser que haya que desagregar algunos consumos para que este valor se acerque lo más posible a cero. El siguiente graficó muestra comparación entre el consumo real y el consumo modelo con una temperatura base de 24°C.. 32.

(40) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. Consumo en MWh. Consumo real vs Consumo modelo 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0. Consumo Real Modelo. Meses. Figura 3.6 Comparación del consumo de energía real y modelo con temperatura base de 24°C.. Se puede apreciar en la figura 3.6 que con dicha temperatura base el consumo de energía en la UCLV disminuye notablemente ya que, si la temperatura existente es baja los equipos, en especial los de climatización tienen que vencer menores cargas de calor y trabajan con un gasto de energía menor que en los meses de verano.. 33.

(41) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV Tabla 7. Valores de consumo con temperatura base de 24°C. Consumo. Gd con. a. b. Modelo. Meses. Tb=24 303. 7.15. 381.79. 0.4523. 385.022006. ENERO. 427. 14.16. 381.79. 0.4523. 388.196184. FEBRERO. 432. 42.18. 381.79. 0.4523. 400.869425. MARZO. 435. 57.96. 381.79. 0.4523. 408.003364. ABRIL. 437. 101.46. 381.79. 0.4523. 427.681973. MAYO. 423. 108.50. 381.79. 0.4523. 430.862579. JUNIO. 415. 136.45. 381.79. 0.4523. 443.504808. JULIO. 439. 113.33. 381.79. 0.4523. 433.046908. SEPTIEMBRE. 420. 79.62. 381.79. 0.4523. 417.803609. OCTUBRE. 398. 26.95. 381.79. 0.4523. 393.97908. NOVIEMBRE. Consumo vs Grados-días. 500 450 400. Consumo en MWh. 350 300 250 200 150. y = 0.4523x + 381.79 R² = 0.2588. 100 50. 0 0.00. 20.00. 40.00. 60.00. 80.00. 100.00. 120.00. 140.00. 160.00. Figura 3.7 Gráfico de dispersión con temperatura base de 24°C.. 34.

(42) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV No existe una correlación entre el consumo y los grados-día porque el coeficiente 𝑅 2 =0.2588 y debe ser 𝑅 2 ≥0.75, esto puede der causados por errores en los consumos, o que dicha temperatura base no es la adecuada y se debe escoger otra temperatura, desagregar valores de consumo o utilizar consumos de otros años. El siguiente gráfico muestra la comparación entre el consumo real y el modelo.. 500. Consumo real vs Consumo modelo. 450. Consumo en MWh. 400 350. 300 250 200. Consumo, MWh. 150. Modelo, MWh. 100 50 0. Meses. Figura 3.8 Comparación de consumos con temperatura base de 24°C.. En la figura anterior se puede ver que los consumos reales son un poco mayores que los consumos calculados por modelo del MSc. Ovidio Rodríguez en el mes de julio aumenta un poco más porque es un mes de verano y las temperaturas aumentan provocando mayor consumo de energía especialmente en los equipos de clima.. 35.

(43) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. 3.6 Análisis energético para algunos consumidores de energía de la UCLV Con los valores de consumos de algunos consumidores de energía se realizará un estudio para compararlos con los consumos generales de la UCLV. Tabla 8. Valores de grados-día con temperatura base de 24°C para algunos meses. Consumidores. Consumo. Gd tb=24. Meses. Servidor UCLV. 13. 42.7749261. Abril. Albergue 900. 37. 79.6097021. Mayo. Centralito. 110. 86.345522. Junio. Planta Piloto. 132. 112.77013. Julio. Consumo vs Grados-días 140. Consumo en MWh. 120 100 y = 1.7667x - 68.999 R² = 0.8005. 80 60 40 20 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. Grados-días. Figura 3.9 Gráfico de dispersión para la temperatura base de 24°C. La correlación lineal no es aceptable debido a que existen dos consumidores que al parecer no se relacionan con el medio ambiente y sus valores no son casi significativos. Tabla 9. Valores de grados-día con temperatura base de 25°C para algunos meses. Consumidores. Consumo. Tm. GD Tb=25. Meses. Planta Piloto. 132. 23.5. 29.5627978. Abril. Centralito. 110. 26.15. 59.8121568. Mayo. Albergue 900. 37. 26.6. 66.107689. Junio. Servidor UCLV. 13. 27.4. 90.7479867. Julio. 36.

(44) Capítulo III: Caracterización y análisis energético de la UCLV. Consumo vs Grados-días Consumo de energia en MWh. 160. 140 120 100 80 60 y = -2.0361x + 198.34 R² = 0.808. 40 20 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. Grados-día. Figura 3.10 Gráfico de dispersión con temperatura base de 25°C.. En la figura 3.10 los valores de correlación están fuera del rango debido a que la temperatura base seleccionada no es la más adecuada, si se desagregan valores de consumo el valor del coeficiente de regresión 𝑅 2 disminuye notablemente.. A continuación, se realiza un análisis energético para las cámaras frías de la UCLV. Tabla 10. Valores de consumo de las cámaras frías para la temperatura base 24°C. Consumidor Consumo Tm. Modelo. Tb. a. b. Meses. Real (MWh) Cámara 1. 17. 23.50. 61.2844. 24. 65.179. 7.7892. Abril. Cámara 2. 18. 26.15. 81.92578 24. 65.179. 7.7892. Mayo. Cámara 3. 21. 26.60. 85.43092 24. 65.179. 7.7892. Junio. Cámara 4. 22. 27.40. 91.66228 24. 65.179. 7.7892. Julio. 37.