Sistema de conexión/desconexión y supervisión de equipos de climatización

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Sistema de Conexión/Desconexión y Supervisión de Equipos de Climatización. Tesis presentada en opción al título estatal de Master en Ciencias Autor: Ing. Iris Esther Morales Águila. Tutor: Dr. Roberto Ballesteros Horta. Santa Clara 2010 "Año 52 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Sistema de Conexión/Desconexión y Supervisión de Equipos de Climatización Tesis presentada en opción al título estatal de Master en Ciencias Autor: Ing. Iris Esther Morales Águila iris.morales@etecsa.cu. Tutor: Dr. Roberto Luis Ballesteros Horta Profesor Titular, Departamento Automática, Facultad de Ingeniería Eléctrica, rball@uclv.edu.cu. Consultante: Ing. José Omar Padrón Ramos Profesor Asistente, Departamento Automática, Facultad de Ingeniería Eléctrica, jpadron@ uclv.edu.cu. Santa Clara 2010 "Año 52 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo en Opción al Titulo Estatal de Master en Ciencias fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de Maestría en Telemática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. ________________________ Firma del Autor.

(4) i. PENSAMIENTO. La sabiduría es un adorno en la prosperidad y un refugio en la adversidad. Aristóteles.

(5) ii. A. Andy. Danny. Mami.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Quiero dar las gracias en primer lugar a Roberto Ballesteros, mi tutor, por su asesoría y por atenderme siempre. Doy las gracias también a José Omar Padrón por su ayuda incondicional, por su tiempo “no libre” que me dedicó y porque puedo contar con su amistad. Gracias sobre todo, a Andy y Danny por existir, solo por ellos soy capaz de emprender tareas difíciles, y a Raúl por estar a mi lado, por no dormir tampoco y por las correcciones y hasta por pelear. Gracias también a Julio César y a Lugones por empujar y a todos mis compañeros de curso. A mis profesores de la maestría..

(7) iv. RESUMEN. Se realiza el estudio para diseñar un sistema de conexión/desconexión de equipos de climatización, con el objetivo de apagar los mismos de forma automática, para contribuir al cumplimiento del marco regulatorio relacionado con el ahorro de la energía eléctrica debido a la necesidad de potenciar el ahorro de electricidad y elevar la eficiencia energética. El diseño del sistema de conexión/desconexión de equipos de climatización hace uso de la disponibilidad de recursos en la red corporativa de ETECSA para lograr economía en el proyecto. Se realiza el diseño empleando el software LabVIEW 7.1 sobre el sistema operativo Windows XP, lo que resulta económico y ventajoso para los usuarios del producto. Además, se garantiza la supervisión remota a través de la red. Las pruebas de laboratorio que se realizan al sistema avalan el funcionamiento del software y aportan un diseño de experimento para emplearse con fines didácticos. Se construye el prototipo del sistema para el centro de telecomunicaciones de Caibarién y se hace una valoración económica del mismo para argumentar la viabilidad del proyecto. Para la implementación del sistema en la dirección territorial de Villa Clara se diseñó un procedimiento general para normar su introducción..

(8) v. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................iv INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1.. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA ...9. 1.1. Energía y desarrollo sustentable ...............................................................................9. 1.2. Ahorro y eficiencia energética en el mundo. ..........................................................13. 1.3. Situación energética en Cuba..................................................................................20. 1.4. La electrónica y las telecomunicaciones, instrumentos para lograr eficiencia. energética ..........................................................................................................................25 1.5. Sistemas de supervisión..........................................................................................26. 1.5.1. Sistema SCADA............................................................................................30. 1.5.2. Software LabVIEW 7.1.................................................................................31. CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA. DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y. SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN ....................................................34 2.1. Requisitos de diseño ...............................................................................................34. 2.1.1. Especificaciones ............................................................................................34. 2.1.2. Requisitos que debe cumplir el sistema ........................................................35. 2.1.3. Módulos de software .....................................................................................35.

(9) 2.1.4. Hardware .......................................................................................................36. 2.1.5. Arquitectura del sistema de conexión/desconexión y supervisión para. equipos de climatización...............................................................................................36 2.2. Funcionalidad del software de control de la conexión/desconexión ......................38. 2.3. Supervisión de los equipos de climatización ..........................................................40. 2.3.1. Características de la arquitectura cliente/servidor.........................................43. 2.3.2. Características de la arquitectura cliente/servidor en la presente aplicación 44. 2.4. La interfaz de hardware ..........................................................................................46. Conclusiones del capítulo .................................................................................................49 CAPÍTULO 3. 3.1. PRUEBA Y VALORACIÓN DE RESULTADOS..................................50. Pasos dados para validar el funcionamiento del Sistema .......................................51. 3.1.1. Diseño de experimento para probar el sistema a nivel de laboratorio ..........51. 3.1.2. Prueba en el CT de Caibarién........................................................................54. 3.1.3. Procedimiento General para la implementación del Sistema en la Dirección. Territorial de ETECSA .................................................................................................56 3.2. Ahorro de energía del sistema de conexión/desconexión y supervisión para. equipos de climatización...................................................................................................59 3.2.1 3.3. Costo de la interfaz de hardware ...................................................................60. Evaluación del sistema de conexión/desconexión y supervisión para equipos de. climatización.....................................................................................................................65 Conclusiones del capítulo .................................................................................................67 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES....................................................................68 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................70 ANEXOS ..............................................................................................................................76.

(10) Anexo I. Relación de equipos de climatización no tecnológicos instalados en la DT de. Villa Clara 76 Anexo II. Relación de consumo de energía eléctrica promedio por meses. Precio. promedio del kWh em La DT de Villa Clara....................................................................82 Anexo III. Acrónimos ................................................................................................83.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La evolución del hombre solo fue posible por el descubrimiento del fuego que aprovechó como fuente de energía para cocinar los alimentos, fabricar los instrumentos de trabajo, calentarse y protegerse del ataque de los animales. El hombre primitivo subsistió porque descubrió una fuente de energía pero la humanidad no sobrevivirá si no es capaz de preservar los recursos energéticos y el clima del planeta. En todos los tiempos la energía ha sido esencial, pero cada día la dependencia de ese recurso aumenta al punto de que la sociedad moderna es incapaz de sobrevivir si faltara el suministro energético actual (Arrastía 2008). El ahorro de energía está incentivado principalmente por: •. Lograr disminuir la contaminación y el calentamiento global y la necesidad de proteger al medio ambiente, lo que ha llevado a la comunidad internacional a establecer restricciones en las tasas de emisión de CO2 y otros contaminantes a la atmósfera, derivados de la generación de energía eléctrica con combustibles convencionales.. •. El agotamiento a mediano plazo de las reservas de combustibles fósiles –carbón, gas y petróleo– que los convierte en recursos estratégicos cuya adquisición puede condicionar dependencia externa para los países..

(12) INTRODUCCIÓN. •. 2. El elevado precio de los combustibles.. Cuba también enfrenta los altos costos de la energía y su compromiso con el medio ambiente y el futuro del planeta, en el 2005 se comenzó en el país una revolución energética. encabezada por el Comandante en Jefe Fidel Castro Ruz, programa que. promueve el uso racional de la energía y una cultura del ahorro. Fidel expresaba que: “Vale la pena meditar un minuto cada día sobre el costo de la energía eléctrica, sin la cual en el mundo de hoy la vida civilizada se vuelve imposible.” “…el valor de la energía que Cuba consume anualmente, a los precios vigentes del presente año, supera los 8 000 millones de dólares (estadounidenses)” y “…que en nuestras manos, sin embargo, está el ahorro del combustible que se consume cada día no solo en producir electricidad, sino en las actividades de la nación” (Castro 2008). Bajo este imperativo se sustituyeron los equipos y luces ineficientes y grandes consumidoras de electricidad, y se acometió un programa de rehabilitación de redes eléctricas, introduciéndose un sistema de generación distribuida al sistema electro energético nacional (González 2008). Para Cuba es necesidad vital en el momento actual el ahorro de los recursos energéticos y fundamentalmente la energía eléctrica, debido, entre otras causas, a: •. Altos precios de los combustibles empleados para su generación.. •. Crisis financiera internacional que repercute en la economía nacional creando una situación compleja en la misma.. •. Comprometimiento del país con la preservación del clima en el planeta.. Todo esto conduce a que Cuba instrumente políticas que le permita, reducir su consumo energético, diversificar las fuentes de suministro de energía y de manera más amplia modificar la estructura de este consumo, priorizando las esferas vitales para la economía, a.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. la vez que se buscan y desarrollan fuentes alternas de energía potenciando la investigación básica y aplicada para el aprovechamiento de fuentes de energía no convencionales como la solar, la eólica, la biomasa y la hidroenergía. Con la Revolución Energética en Cuba, cuyo objetivo fundamental es el ahorro y uso eficiente de la energía, se pusieron en vigor normativas nacionales para el sector estatal con el fin de regular la demanda eléctrica, sobre todo en los horarios picos de consumo (MEP 2006; MIC 2007; MINBAS 2007; MEP 2009). También se modificaron las tarifas eléctricas del sector estatal y el residencial, en este último con el objetivo de incentivar el ahorro. La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba –ETECSA–, insertada en el contexto de la necesidad del uso eficiente de los recursos energéticos, cuenta con un plan de energía para desarrollar sus actividades por lo que tiene que planificar el consumo por servicios y áreas, desglosado hasta el nivel de Centro de Telecomunicaciones –CT– a la vez que se presupuestan los gastos por este concepto (ETECSA 2009). Para dar cumplimento a las regulaciones nacionales, ETECSA a su vez estableció diferentes normativas. de carácter interno (ETECSA 2007; ETECSA 2009; ETECSA. 2009). En estos documentos, entre otras medidas, se regulan los horarios de funcionamiento de los equipos de climatización de los locales no tecnológicos de la empresa. Estos locales, que incluyen: oficinas comerciales, puntos de ventas, talleres, centros de capacitación, oficinas administrativas y centros de descanso, son numerosos y representativos en el consumo de energía eléctrica, por lo que el incumplimiento en el horario de desconexión puede acarrear penalizaciones a la empresa y a las personas encargadas de realizar la.

(14) INTRODUCCIÓN. 4. misma, además de provocar el incumplimiento de los planes de energía de la empresa o dirección territorial implicada, afectando los indicadores económicos y la rentabilidad. Existen factores que provocan el incumplimiento de estas normativas, como: olvido u atraso a la hora de apagar los equipos, poca conciencia energética, según (Martínez 2006) “La búsqueda social de alternativas para resolver el problema del desarrollo energético, debe pasar por una cultura de la población que sepa, por una parte, interiorizar las decisiones adoptadas, ejecutarlas de manera efectiva, pero que también sea capaz de imaginar y proponer alternativas, de participar e influir sobre estas decisiones, y esto es nuevamente un fenómeno ligado a la cultura”. De igual forma, señalaba (Arrastía 2009) “… a pesar de lo mucho que se ha avanzado, aún abundan ejemplos de derroche de energía eléctrica. Cambiar hábitos energéticos errados no es tarea fácil y requiere de tiempo, inteligencia, voluntad, esfuerzos y recursos. No basta con introducir tecnologías eficientes y fuentes renovables de energía. Se precisan cambios en el modo de pensar y de actuar’’. Los equipos de climatización de los locales no tecnológicos de ETECSA deben ser apagados en los horarios picos del consumo eléctrico para que no se sobrepase la demanda máxima nacional que puede satisfacerse, a la vez que se garantice el cumplimiento de los planes de energía de la empresa, lográndose el cumplimiento de los indicadores económicos y de rentabilidad establecidos. Los trabajadores encargados de apagar los equipos de climatización en ETECSA, refirieron un aumento del estrés y desatención de sus labores habituales alrededor del horario en que debían apagar los equipos, porque el olvido de esta tarea podía acarrearles penalizaciones administrativas y económicas..

(15) INTRODUCCIÓN. Con estos antecedentes. 5. la presente tesis pretende buscar una solución en la que se. desconecten los sistemas de climatización automáticamente con costos ínfimos. Problema a resolver No existe un sistema de conexión/desconexión y supervisión de los equipos de climatización en ETECSA que permita apagar los mismos en los horarios establecidos para garantizar el cumplimiento de los planes energéticos y los indicadores económicos y de rentabilidad de la empresa. Objetivo general Diseñar un sistema de conexión/desconexión y supervisión de los equipos de climatización en ETECSA, utilizando los recursos de software y hardware instalados en la empresa que tenga presente minimizar los costos de su implementación. Objetivos específicos •. Valorar los sistemas de conexión/desconexión y supervisión de equipos consumidores de energía eléctrica que existen.. •. Analizar los requisitos para el diseño de un sistema de conexión/desconexión y supervisión de equipos de climatización.. •. Elegir el software apropiado para el diseño del sistema de conexión/desconexión de los equipos de climatización y para la supervisión a través de la red.. •. Diseñar el hardware de interfaz entre el dispositivo de control y el equipo consumidor.. •. Seleccionar la red para implementar el control y gestión de la desconexión..

(16) INTRODUCCIÓN. •. 6. Diseñar el software para la conexión/desconexión y supervisión de los equipos de climatización.. •. Analizar los resultados de las pruebas realizadas.. Resultados esperados Un sistema de conexión/desconexión y supervisión de los equipos de climatización – Sistema– que posibilite el control del funcionamiento de la climatización de los locales no tecnológicos de la Dirección Territorial –DT– , de Villa Clara, en los horarios establecidos y que posibilitará la supervisión de los mismos desde el Centro de Supervisión y Gestión Territorial –CSGT–. Esto facilitará el cumplimiento de los planes de consumo de energía. Se diseñará un procedimiento general que norme la implementación del Sistema en la DT de Villa Clara Impacto El Sistema propicia el ahorro de energía, ya que se garantiza que sean desconectados los equipos de climatización el tiempo establecido de acuerdo a los horarios de pico eléctrico y para garantizar los planes de energía de la empresa. Tiene implicaciones sociales ya que refuerza la disciplina y mejora las condiciones de trabajo. Novedad No existe un sistema que desconecte de forma automática los equipos de climatización, por primera vez se implementará uno, que los desconecte por horario y permita la supervisión de los mismos de forma remota con bajo costo ya que emplea las posibilidades existentes en ETECSA. Metodología.

(17) INTRODUCCIÓN. 7. Para la consecución de los objetivos propuestos se conjugan aspectos teóricos – prácticos. Mediante la bibliografía disponible se determinan los requisitos necesarios para el diseño del Sistema. Se va a programar en el software seleccionado un sistema para la desconexión y supervisión de los equipos de climatización, para lo que se tiene en cuenta la disponibilidad de los recursos de software y hardware en la red corporativa de ETECSA, en aras de lograr una implementación que sea atractiva y viable económicamente. Se realizarán pruebas de laboratorio al Sistema, y con el prototipo se probará en un CT. Se diseñará un procedimiento para la implementación en la DT. Se realizará una valoración de los resultados. Organización del informe Capítulo 1: Se valora la importancia de la necesidad del ahorro energético y las acciones que se toman en el mundo para lograr este fin. Se expone la importancia de la electrónica que da la potencialidad a la automática y las telecomunicaciones para el control y gestión de sistemas mediante su uso. Se analizan posibles variantes para la conexión/desconexión de los equipos de climatización en los locales no tecnológicos de ETECSA y se selecciona el software apropiado para el desarrollo de la aplicación y la implementación de la supervisión. Capítulo 2: Se presenta el diseño del Sistema. Se selecciona la red corporativa para la supervisión. Se diseña la interfaz de hardware entre el software de conexión/desconexión y supervisión y el equipo consumidor..

(18) INTRODUCCIÓN. 8. Capítulo 3. Se presentan las pruebas del sistema, se valoran los resultados sobre el aporte tecnológico, ahorro de energía, impacto social y efecto medioambiental..

(19) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. CAPÍTULO 1.. 9. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 1.1. Energía y desarrollo sustentable. Las principales fuentes de energía actualmente son los combustibles fósiles –carbón, petróleo y gas natural–, los yacimientos de los mismos son finitos y no renovables y su uso indiscriminado está provocando el agotamiento de recursos que tardaron millones de años en formarse y que al quemarse y manipularse –producirse y transportarse– emiten los gases de efecto invernadero como el CO2, etanol, óxido nitroso y ozono, lo que aumenta la concentración de estos gases en la atmósfera, reforzándose el efecto invernadero. Esto hace que aumente la temperatura media de la atmósfera, océanos y masas terrestres –islas y continentes– lo que está desencadenando el cambio climático. Estos combustibles tienen un alto contenido de azufre, que junto con nitrógeno dan lugar a emisiones contaminantes procedentes por lo general de centrales térmicas de generación de electricidad; de carácter ácido y que causan la lluvia ácida (Julia Martínez 2004; Anónimo 2005). Las consecuencias del calentamiento global y el cambio climático son tan preocupantes que han provocado la alarma en todo el mundo y muchos líderes científicos y cada vez más también los políticos, los hombres de negocios y otros ciudadanos, piden la cooperación internacional y una acción inmediata para contrarrestar el problema..

(20) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 10. De ahí que la contaminación, el calentamiento global y la protección al medio ambiente se hayan convertido en el mayor incentivo para el ahorro de energía (Mallol 2003; Julia Martínez 2004). También influye, como componente importante, el agotamiento de los recursos de los combustibles fósiles no renovables. En el mundo de hoy el petróleo y el gas natural, recursos naturales estratégicos no renovables, aportan el 60% de la energía primaria de la matriz energética de consumo, como se muestra en la Figura 1.1. Algunos países contarán con estos recursos por más tiempo, pero lo cierto es que en este siglo veremos desaparecer su utilización en la forma a la que hoy estamos acostumbrados (Freda 2004).. Figura 1.1 Consumo. Mundial por fuentes de energía primaria, en millones. equivalentes de toneladas de petróleo (toe), período 1973-2000 y su proyección para el año 2020. (Fuente: (Freda 2004)) En el siglo XX se consumió la mitad del petróleo, por lo que este recurso comenzará a escasear cerca del 2035 y se espera su agotamiento definitivo en la década del ’40 del presente siglo (Freda 2004)..

(21) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 11. La tasa de crecimiento del consumo de hidrocarburos en el mundo, supera la de producción (SEDI 2008). Esto determina que la matriz energética en la que se basa el crecimiento de muchos países no sea sustentable en el mediano plazo. La conclusión es muy simple, a los países subdesarrollados les será muy difícil acceder a estos energéticos, cuando los requerimientos de los países poderosos los conviertan en escasos. La Figura 1.2. presenta el consumo mundial de petróleo, demostrando la prevalencia del consumo en los países desarrollados.. Figura 1.2. Distribución geográfica del consumo mundial de petróleo, 2003. (Fuente: (Freda 2004)) El precio de los combustibles, es igualmente determinante en el ahorro, cuando la guerra de Yom Kippur o de Ramadán en 1973, los productores de petróleo árabes, cuadruplicaron el.

(22) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 12. precio del petróleo hasta alcanzar los 12 dólares por barril. La segunda escalada de precios, en 1979, ocasionada por la Revolución de Irán y la caída del Sha Reza Pahlevi. El tercer incremento de importancia, en 1980, debido a la guerra de Irán e Irak y la posterior reducción de la producción del Medio Oriente (Angeles 2001). Ante estos hechos, la gran mayoría de los países industrializados adoptaron agresivas políticas de racionalización de la energía para enfrentar los severos aumentos en los precios del crudo y los elevados grados de incertidumbre que se instalaban en los mercados de la energía, consiguiéndose a lo largo de la década de 1980 un espectacular avance en el rendimiento de la energía en estos países (PROCOBRE 2000). La intensidad energética, entendida como la relación entre el consumo de energía primaria (CEP) y el producto interno bruto (PIB), disminuyó, en particular en los países industrializados. Esta fue una de las consecuencias fundamentales de la disminución del crecimiento del. consumo de energía por estos países. Sin embargo en los países. subdesarrollados la intensidad energética aumenta moderadamente; en los pertenecientes a la OPEP. el aumento fue más significativo, como consecuencia de los planes de. industrialización, entre otros de refinación y petroquímica, sectores altamente consumidores de energía (León 1989). Sin energía no hay desarrollo. El orden energético actual no es justo ni seguro. Muchos de los conflictos actuales no pueden entenderse sino como posicionamiento en relación al control duradero de los recursos y reservas energéticas (Prats 2006). El agotamiento de los recursos energéticos a nivel mundial, producto del vertiginoso aumento de la demanda de petróleo en los últimos años, ha convertido este recurso, en un aspecto de interés vital dentro de la agenda política y económica de los Estados..

(23) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 13. Como consecuencia de esta crisis, las naciones llegarán al empleo de la fuerza para proteger el acceso a tan preciado recurso (Peña 2009). Las condiciones descritas se interrelacionan para que en el planeta se aúnen esfuerzos para enfrentar. esta. situación.. En junio de 1992,. se. efectuó. en. Río. de. Janeiro,. Brasil, la Conferencia sobre Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas, conocida como La Cumbre de la Tierra. En esta cumbre de desarrolló una agenda de medidas relacionadas con el cambio medioambiental, económico y político. Se creó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. La tercera reunión de la Convención, aprobó el Protocolo de Kyoto, un acuerdo que establece que los países desarrollados deben reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero en un 5,2% para el año 2012, respecto a las emisiones del año 1990. Este protocolo entró en vigor en febrero de 2005 al ser ratificado por Rusia (Joaquín Nieto 2003; Mallol 2003). Para cumplir con el Protocolo de Kyoto, los países firmantes han establecido planes de medidas de ahorro y eficiencia energética.. 1.2. Ahorro y eficiencia energética en el mundo.. La preocupación por el ahorro de energía no es nueva, en la década del 1970, producto de la crisis petrolera, a partir de 1973, en los países industrializados integrantes de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económico -OCDE- se observa una tendencia sostenida a la disminución del crecimiento del consumo de energía (León 1989)..

(24) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 14. Más importante que el ahorro de energía es lograr la eficiencia energética. Desde la crisis de los años 70 del siglo XX los países industrializados han mantenido programas e implementado acciones para lograr la eficiencia en el uso de este estratégico recurso. En la última década de dicho siglo se renovaron estas preocupaciones debido a: • Las presiones crecientes para reducir el impacto ambiental, particularmente en lo que se refiere a las emisiones de gases de efecto invernadero. A partir del 29 de noviembre y hasta el 10 de diciembre de 2010 se desarrolla la Conferencia número 16 de las Partes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP16) en Cancún, México en la que participan 149 países. El objetivo del encuentro es tomar decisiones en torno a la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero y los recursos económicos que se deben destinar para dichos fines (Vindas 2010). Uno de los oradores de la jornada inaugural, el científico y Premio Nobel de Química Mario Molina, explicó que el calentamiento global ocurre en 90 por ciento por la actividad dañina del hombre. El académico mexicano invitó a las delegaciones a una discusión racional sobre el tema y pidió a la comunidad internacional medidas rápidas e urgentes de mitigación para eliminar las emisiones de gases contaminantes (Latina 2010). • Aumento de los precios del petróleo. Según el sitio http://oil-price.net/dashboard.php?lang=es el precio del barril de crudo se cotizaba a un valor $ 84.56 en la mañana del día 29-11-2010. La figura 1.3, tomada de la misma fuente, presenta el comportamiento de este renglón durante los últimos cinco.

(25) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 15. años hasta el día de hoy. Durante el último año, los precios se han mantenido variables ligeramente por encima de los $ 75.00 USD el barril, con un comportamiento actual superior a los $ 80.00 USD.. Figura 1.3. Precio del barril de crudo, últimos cinco años. (Fuente: Tomada y adaptada de: (oil-price.net 2010) • Limitada disponibilidad de recursos energéticos no renovables. La figura 1.4 muestra el comportamiento del consumo, en miles de toneladas, de los derivados del petróleo desde 1972 a 2008, en el mundo. Se observa un crecimiento sostenido en el consumo de todos los derivados excepto el fuel oil. Esto trae aparejado el agotamiento de estos recursos no renovables y un aumento de la carga de contaminantes..

(26) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 16. Figura 1.4 Consumo de derivados del petróleo en el mundo. (Fuente: (Statistics 2010)) 1.2.1 Medidas que se toman en el mundo para lograr el ahorro y eficiencia energética Entre las medidas tomadas, por ejemplo, se puede citar la directiva para la eficiencia energética de los edificios, aprobada por el pleno del Parlamento Europeo en noviembre de 2002, cuyo objetivo es controlar y reducir el consumo energético de los inmuebles, al menos en un 22 por ciento hasta 2010. Esta directiva contempla una metodología común para el cálculo del rendimiento energético de cada edificio, un sistema de certificación –por empresas independientes– para informar a los usuarios del gasto de energía y de la calidad de las instalaciones, e inspecciones periódicas de sistemas de calefacción y aire acondicionado, junto a medidas de promoción del ahorro energético (Anónimo 2002; Europeo 2002; Juan Domenech 2008)..

(27) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 17. En la actualidad los países de la Unión Europea han establecido planes de energía que contemplan: •. Acciones normativas –leyes, decretos, regulaciones y reglamentos– sobre eficiencia energética (Anónimo 2005).. •. Formación en buenas prácticas, en el conocimiento de las tecnologías disponibles, de los avances y las nuevas técnicas de gestión de la demanda, del consumo y en general del correcto uso de la energía (Bañares 2008).. •. Difusión de recomendaciones, cultura del ahorro, conocimiento de los impactos de las acciones emprendidas (Juan Domenech 2008).. Esto hace que puedan exhibir de manera sostenida logros en la eficiencia energética (Caro 2008). Por ejemplo: La Estrategia Española de Ahorro y Eficiencia Energética (E4)1, aprobada el 28.11.2003, y su Plan de Acción 2008-2012 (PAE4 2008-2012) (Europeo 2002; IDAE 2007). Desafortunadamente los países subdesarrollados generalmente no tienen recursos para desarrollar un plan integral abarcador de todas las esferas en las cuales deben incidir para obtener logros en la eficiencia energética. Los países latinoamericanos cuentan con la Organización Latinoamericana de Energía – OLADE–,organismo supranacional de cooperación, coordinación y asesoramiento en materia energética (Poveda 2008). La OLADE se creó en 1973 durante la reunión de ministros de Energía y Petróleo en Quito, Ecuador, la organización agrupó en un principio a 26 países, pero hoy cuenta con 28.

(28) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 18. miembros, que se comprometen a promover la integración, el desarrollo, la conservación y el uso racional de los recursos energéticos de la región. La OLADE define la Eficiencia Energética –EE– como el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. La EE se puede lograr a través de la implementación de diversas medidas e inversiones a nivel tecnológico, de gestión y de hábitos culturales en la comunidad (Díaz 2003; PARLATINO 2007). Muchos países del área cuentan con el marco legal, mediante leyes y decretos, que establece las regulaciones sobre eficiencia energética y el ahorro de energía por lo que se han dado pasos importantes en este sentido, también se implementan programas para promover y desarrollar un uso eficiente de la energía. Algunos de estos programas son: En Brasil, Programa Nacional de Conservación de la Energía Eléctrica (PROCEL): busca promover la producción racional y el uso eficiente de la energía eléctrica. Fue creado en el año 1985 y es liderado por la Empresa Electrobras. Establecieron el sello PROCEL que es un sistema de etiquetado a los productos y equipos con el objetivo de orientar a los consumidores y estimular la fabricación y comercialización de productos más eficientes. En el año 2006 se otorgó el sello a más de 1.565 modelos de equipos de 79 fabricantes (Pollis 2008). En México, existe la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía –CONAE– que es un órgano desconcentrado de la secretaría de energía con autonomía técnica y de gestión y que.

(29) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 19. tiene entre sus atribuciones el fomento y normatividad en materia de ahorro y uso eficiente de la energía, y aprovechamiento de energías renovables. La CONAE ha emitido y constantemente actualizado, 18 Normas Oficiales Mexicanas en materias de eficiencia energética, además de su incidencia en múltiples sectores del país como el transporte, también ha desarrollado acciones de promoción y difusión entre los que se pueden citar: premios nacionales de ahorro de energía y energía renovable para reconocer acciones y logros de empresas, instituciones e individuos, instituidos en 2003 y se agregaron las categorías “Edificaciones” 2007 y “Mecanismos de Financiamiento” 2008 (Alarcón 2008). También el sector privado está responsabilizado con el ahorro de energía en México, cuentan con el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica –FIDE– que es una institución de carácter privado que está comprometida con las metas del Sector Eléctrico Nacional y del Gobierno Federal para el ahorro y uso eficiente de energía eléctrica y mejoramiento del medio ambiente. Su objetivo es promover e inducir, con acciones concretas, el ahorro de energía eléctrica en los usuarios. El FIDE, en su calidad de fideicomiso, concede financiamiento para implementación de proyectos de ahorro de electricidad, otorga asistencia técnica para el desarrollo de iniciativas y brinda capacitación sobre temas de ahorro de energía. Tienen el Programa de Educación para la Cultura del Ahorro y Uso Eficiente de la Energía Eléctrica – EDUCAREE–. Instituyeron el sello FIDE que certifica la eficiencia eléctrica en aparatos eléctricos (Realpozo 2008)..

(30) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 1.3. 20. Situación energética en Cuba. En Cuba, siempre ha existido la necesidad de ahorrar energía pues los combustibles para generarla se adquieren en moneda libremente convertible (Arrastía 2009). Desde la década de los años 70 del pasado siglo –en el período 1970-1977–, la demanda eléctrica máxima creció a un ritmo promedio de 8,5% por año debido al crecimiento económico - social del país (Castro 1978), se crearon las Patrullas Clic, compuestas por niños y adolescentes, que visitaban los hogares con mensajes de ahorro de electricidad. El 4 de diciembre de 1984, se celebra el Primer Fórum Nacional de Energía, en su clausura, el Comandante en Jefe Fidel Castro Ruz, expresó: “...Todo nuestro pueblo, todos los trabajadores, todos nuestros jóvenes, nuestros estudiantes. Incluso, nuestros pioneros tienen que tomar conciencia de la energía, de sus perspectivas futuras, y preguntarse cómo vamos a producir electricidad, vapor y transportaciones en el futuro. Esa pregunta tienen que hacérsela hasta los niños, en nuestro país más que en cualquier otro país” (Castro 1984). En 1997 se crea el Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba –PAEC– y el Programa de Ahorro de Electricidad del Ministerio de Educación –PAEME– como su componente educacional (José Altshuler 2004). EL PAEME ha llevado la cultura energética a todas las escuelas del país, coordinado por el Ministerio de Educación y la Dirección de Uso Racional de la Energía de la Unión Eléctrica, ha sido un programa exitoso que ha contribuido a formar una cultura energética en los niños, adolescentes y jóvenes de todo el país, como parte de este programa se realizan festivales infantiles, concursos y círculos de interés en todas las escuelas del país, con mayor fuerza de primero a sexto grado (Arrastía 2009)..

(31) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 21. En el año 2005 se inicia la Revolución Energética ante la crítica situación energética que había en el país (Bérriz 2006). A continuación se describen las condiciones que desencadenaron la misma: Generación base con grandes e ineficientes plantas termoeléctricas, con 25 años de explotación como promedio, un 60% de disponibilidad, frecuentes averías y altos consumos propios que provocaban: •. Frecuentes apagones, principalmente en el horario de máxima demanda.. •. Alto por ciento de pérdidas en las redes de transmisión y distribución eléctricas.. La Revolución Energética abarca los siguientes programas: 1. Ahorro y uso eficiente de la energía: Este programa contempla proyectos a escala nacional; apoyados, dirigidos y financiados por el gobierno, que incluye: • En el sector residencial, cambio de equipos electrodomésticos ineficientes a todos los núcleos familiares por parte de los trabajadores sociales, con profundo carácter social, ya que contempla la posibilidad de créditos según los ingresos. Modificación de la tarifa eléctrica. • En el sector estatal, se sustituyeron más de 1000 bombas de agua ineficientes por eficientes en acueductos y alcantarillados, más 500 000 tubos fluorescentes de 40 W y balastros electromagnéticos por tubos de 32 W y balastros electrónicos. • Se tomaron medidas especiales para la regulación de la demanda y acomodo de carga en 1720 centros grandes consumidores, y en los mismos se efectuadas 200 supervisiones energéticas • Se implantó un sistema de gestión eficiente de la energía..

(32) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 22. • Se elaboraron los planes de consumo de electricidad. • Se capacitaron los responsables del control de la energía en estos centros y se realizaron inspecciones posteriores para evaluar resultados (Castro 2006; González 2008). 2. Uso de Energías Renovables: Se realizan investigaciones y se ejecutan proyectos para incrementar el uso de fuentes alternas de energía entre las que se encuentran: la biomasa, la solar, la eólica y la hidroenergía. 3. Incremento de la disponibilidad del servicio eléctrico: Para esto, se acometió un programa de rehabilitación de las redes transmisión y distribución eléctricas, que ha permitido resolver hasta el 88% de las zonas de bajo voltaje con lo que se beneficiaron 761 512 clientes, se sustituyeron 139 815 postes, 3 214 km de calibre primario, 1 330 934 acometidas, 22 782 circuitos secundarios y 863 866 metros contadores (González 2008). Se instalaron microsistemas de generación distribuida sincronizados al sistema electro energético nacional en 110 municipios del país. –151 emplazamientos de generación. distribuida de diesel con una capacidad total de 1320 MW y 57 emplazamientos de fuel con una capacidad total de 1753 MW–. Además se instalaron 6 299 grupos electrógenos de emergencia con una capacidad de 690,2 MW en centros de salud y otros centros vitales para la economía (Castro 2006; Latina 2010). 4. Incremento de la exploración y producción de petróleo y gas. 5. Aumento de la colaboración internacional. Se crea en Cuba un grupo consultivo –grupo nacional para el ahorro y la eficiencia energética– para coordinar y ejecutar de manera integral todas la acciones relacionadas.

(33) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 23. con la eficiencia energética para la identificación de proyectos de ahorro de energía en todos los sectores de la economía. El grupo está organizado mediante 11 subgrupos de trabajo: 1. Climatización y Refrigeración. 2. Producción de calor. 3. Edificaciones. 4. Automatización. 5. Pérdidas Eléctricas. 6. Fuerza motriz –Motores eléctricos–. 7. Iluminación. 8. Sector Residencial, Comercial y los Servicios. 9. Auditoria e inspecciones técnicas. 10. Sector Industrial. 11. General. Además, se traza la estrategia para lograr la eficiencia energética, que se muestra a continuación. 1. Implementación de un sistema de normalización y etiquetado. 2. Elaborar el marco legal para el fomento del uso racional y eficiente de energía en Cuba. 3. Modificación de la tarifa eléctrica en el sector estatal. 4. Fortalecer las empresas de servicios energéticos. 5. Proyectos de automatización en la industria y el sector comercial. 6. Instalación de bancos de capacitores en clientes con bajo factor de potencia..

(34) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 24. 7. Cambio de motores ineficientes en la industria. 8. Uso eficiente de la climatización, producción de calor y refrigeración. 9. Aumentar el empleo de la cogeneración. 10. Mejora del aislamiento térmico en las edificaciones y en la industria. 11. Aplicación de la NC 220 en las nuevas edificaciones de manera obligatoria. 12. Certificación de la eficiencia energética de los nuevos proyectos durante el proceso inversionista. 13. Continuar fomentando la introducción de equipos eficientes en el sector residencial. Tales como: equipos microondas y calentadores solares. 14. Divulgación y educación de la población, que se implementa en Cuba mediante una estrategia de comunicación, en la prensa plana, la radio, la televisión, vallas de avenidas, barrio debates, conferencias, festivales y círculos de interés en las escuelas, concursos, libros, etc. Los programas de la revolución energética permitieron durante el 2006 y el 2007 un ahorro de un millón 380 mil toneladas equivalentes de petróleo (Fernández 2002; Mayoral 2007; González 2008). Se aprecia que la conjunción de diferentes factores ha posibilitado que el interés por el ahorro y la eficiencia energética sea un hecho a nivel de planeta, y existe el consenso, de que en los proyectos de inversión de ahorro de energía, ahorrar energía, es lo más rentable, incluso más que el uso de fuentes renovables (Neffen 2009)..

(35) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 1.4. 25. La electrónica y las telecomunicaciones, instrumentos para lograr eficiencia energética. La humanidad no está dispuesta a renunciar a los niveles de comodidad alcanzados, pero ni las disponibilidades energéticas, ni el clima del planeta, ni las economías, soportan el crecimiento incesante de generación de energía eléctrica que se necesita para mantener estos niveles. La industria electrónica, casi única responsable de estos niveles de calidad de vida, está cambiando sus objetivos de lograr grandes prestaciones hacia un equilibrio con la eficiencia energética. Ejemplos de lo anterior son las luces fluorescentes compactas para sustituir las tradicionales bombillas incandescentes, la sustitución de motores ineficientes en ventiladores, bombas, sistemas de aire acondicionado, lavadoras, frigoríficos y ascensores por motores de corriente contínua sin escobillas de imán permanente con controladores de velocidad variable que podría suponer un ahorro del 60% de la energía perdida en estas aplicaciones, y este ahorro de energía se usaría en mejorar la calidad de vida (Lidow 2005). El vertiginoso desarrollo de la electrónica y en particular, de la microelectrónica posibilita que se cumplan las siguientes condiciones claves para propiciar el uso intensivo de la misma a gran escala y en todas las industrias: •. Costo relativamente bajo y descendente.. •. Suministro prácticamente ilimitado.. •. Amplísimo espectro de utilización potencial.. •. Capacidad para reducir los costos del capital, del trabajo y de los productos y de cambiarlos cualitativamente..

(36) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 26. La tendencia es a aumentar el contenido de “información” en los productos, más bien que el contenido energético y de materiales. La incorporación de equipamiento electrónico permite elevar la calidad de los productos y la precisión en el control del proceso de producción, al mismo tiempo que eleva la productividad del trabajo y el rendimiento en equipos e insumos y esto se traduce en ahorro de energía y materiales. En el sector energético, al igual que en el resto de la industria, la informatización y la electrónica están transformando los métodos de exploración, producción, transporte, procesamiento y comercialización, reduciendo el nivel de riesgos, elevando la precisión y aumentando la eficiencia en cada fase de actividad. De igual forma, el desarrollo de la microelectrónica ha propiciado el desarrollo de las Telecomunicaciones, la automática y la informática a niveles que permiten la supervisión y control de cualquier proceso. Teniendo en cuenta lo anterior y que dos de las medidas de la estrategia para la eficiencia energética trazada por el país son: •. Proyectos de automatización en la industria y el sector comercial.. •. Uso eficiente de la climatización, producción de calor y refrigeración.. Es que en el presente trabajo se busca una solución para resolver esta problemática.. 1.5. Sistemas de supervisión. La obtención de datos y la realización de monitoreo de eventos son necesarias en el control y gestión de un consumo de electricidad responsable, cuyo propósito es la razón del presente trabajo. Para diseñar un sistema de supervisión y control es necesario establecer:.

(37) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 27. • Las estaciones de trabajo que debe incluir el sistema –locales no tecnológicos y Centro de Supervisión y Gestión Territorial–. • Determinar qué operaciones deben realizarse en cada de ellas, teniendo en cuenta los aspectos de atención al proceso, y los de exploración y análisis de los datos recogidos para la gestión. • Establecer la elección de la tecnología que se usará en la implementación del sistema. Por lo que se realizará un análisis de las diferentes variantes para elegir la viable económicamente de acuerdo a los recursos disponibles y a los requisitos de diseño. Un sistema automatizado es un sistema para la adquisición de datos, procesamiento, emisión de señales, presentación y transmisión de la información, en tiempo real (Ballesteros 2009). La capacidad en tiempo real se refiere a la capacidad del ordenador en programas de procesamiento de datos para que siempre esté listo para procesar y proporcionar los resultados dentro de un tiempo especificado. En este contexto "estrictamente en tiempo real" significa que un sistema reacciona a los eventos externos dentro de un tiempo especificado en un 100% de los casos. Si los tiempos de reacción pueden superarse en ciertos casos, como en sistemas no críticos, hablamos de "tiempo real suave" (Figueras 1999). Los softwares de tiempo real tienen las siguientes características: 1. Multitarea Tarea: es todo aquel módulo de software que puede ser ejecutado independiente e concurrentemente con otro..

(38) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 28. En un sistema de tempo real existen diversas tareas con diferentes grados de dependencia entre ellas y su ejecución en muchos casos es concurrente, o sea, pueden solicitar el control de la CPU en un momento determinado. 2. Funciones de tiempo El sistema debe poseer facilidades para la ejecución. de funciones o tareas. dependientes del tiempo, entre las que están: •. Periódicas. Ejecutadas cada cierto intervalo de tiempo, por ejemplo, la comparación del tiempo del ordenador con los horarios de desconexión.. •. Calendarias. Ejecutadas en determinadas horas del día, ejemplo los reportes sobre el estado del equipo en los horarios pico de consumo eléctrico.. •. Atrasos. Al transcurrir un tiempo determinado. Tareas que se ejecutan un tiempo después de ocurrido un evento.. Los sistemas de tiempo real tienen instrucciones, comandos, medios para obtener la ejecución de las tareas según el tiempo necesitado. 3. Manipulación eficiente de los recursos Un recurso es todo aquello que pueda ser utilizado por las diferentes tareas, por ejemplo: •. Dispositivos de entrada/salida como teclados, impresoras, etc.. •. Zonas de memoria.. •. Módulos o paquetes de programas generales.. Los sistemas de tiempo real por lo general presentan medios para la manipulación eficiente de los recursos..

(39) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 29. 4. Software común a varias aplicaciones Existen módulos o programas comunes a varias aplicaciones, por ejemplo, comparación de diferentes horarios. Por eso se trabaja el software en forma modular o por bibliotecas, para que pueda ser utilizado por varios usuarios, de manera independiente o como módulo de un sistema más amplio. 5. Ejecución eficiente en tiempo Por su característica de multitarea en tiempo real los sistemas diseñados deben ser óptimos en tiempo de ejecución y se debe vigilar por la carga total de la máquina, esto es, que pueda dar cumplimiento a todas las tareas incluyendo alguna de fondo. 6. Fuerte relación hombre-máquina La aplicación realizada debe permitir al operador solicitar o introducir información en forma clara, simple y operativa, sin interrumpir o entorpecer el trabajo del sistema en tiempo real. 7. Facilidades para el cambio dinámico del sistema El sistema debe ser capaz de: habilitar, incluir, desactivar tareas; realizar modificaciones en la estructura, sin que el mismo tenga que detenerse. 8. Seguridad del sistema En un sistema, determinados datos pueden ser variados o no por el personal de operación. Se establecen niveles de seguridad en los cuales en dependencia del nivel jerárquico del personal este puede actuar sobre unos u otros datos, detener o no a aplicación, etc..

(40) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 1.5.1. 30. Sistema SCADA. Los Sistemas de Control y Adquisición de Datos –SCADA– (proveniente de su nombre en inglés Supervisory Control and Data Acquisition) son sistemas que utilizan software para monitorizar y supervisar las variables y los dispositivos de sistemas de control conectados a través de manejadores –drivers– específicos. Estos sistemas pueden asumir topología mono-puesto, cliente-servidor o servidores-clientes múltiples (Ballesteros 2009). Un sistema SCADA incluye un hardware para señales de entradas y salidas, controladores, interfaz hombre-máquina, redes, comunicaciones, base de datos y software, que comprende todas aquellas soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de un proceso o planta industrial, para que, con esta información, sea posible realizar una serie de análisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan una retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso (Bossa 2008). En un producto SCADA, el módulo cubre las funciones de control, gestión de comunicaciones con los dispositivos conectados al bus de campo, interfase de usuario, y almacenamiento y registro de la información para su análisis posterior. Si se necesita que el sistema se integre al sistema de información de la empresa, los datos recogidos por el servidor de control deben estar a disposición de diferentes personas de las áreas de gestión para realizar tareas de análisis y toma de decisiones. Los softwares SCADA deben ser capaces de responder a las necesidades de pequeños sistemas con una sola PC conectada a un autómata programable, hasta los grandes sistemas con control distribuido y altos niveles de seguridad, de ahí que los proveedores de los mismos dispongan de una amplia gama de productos con precios adaptados a la complejidad del sistema a fiscalizar..

(41) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 31. En el proyecto de automatización, debe evaluarse individualmente, la variante que se va a emplear. 1.5.2. Software LabVIEW 7.1. LabVIEW 7.1 es una herramienta diseñada especialmente para monitorear, controlar, automatizar y realizar cálculos complejos de señales analógicas y digitales capturadas a través de dispositivos tales como: tarjetas de adquisición de datos, puertos serie y GPIBs –Buses de Intercambio de Propósito General– (Antoni Manuel 2001). Es un lenguaje de programación de propósito general, totalmente gráfico, lo que facilita el entendimiento y manejo del mismo por el diseñador y programador de la aplicación. El software LabVIEW 7.1 incluye bibliotecas para la adquisición, análisis, presentación y almacenamiento de datos, GPIB y puertos serie. Además, de otras prestaciones, como la conectividad con otros programas. Este software permite programar módulos –sub VI, extensión vi– que pueden ser usados para crear tareas más complejas –VI, instrumento virtual–, lo cual permite una programación más rápida y provechosa. El LabVIEW 7.1 incluye la ventaja de “debugging”, –limpiar, depurar, eliminar errores de un programa– en cualquier punto de la aplicación. Permite la posibilidad de poner “break points”, –punto de interrupción, pausa, ejecución paso a paso, ejecución hasta un punto determinado– y se puede observar como los datos van tomando valores a medida que se va ejecutando la aplicación. Además también lleva incorporado generadores de señales para poder hacer un simulador (Instruments 1998; Henry Roncancio 2001)..

(42) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 1.5.3. 32. Comunicaciones y conectividad con otras aplicaciones. El sistema que se diseñe debe ser capaz de comunicarse con otras aplicaciones a través de Internet. El acceso a Internet presenta dos características básicas: • La posibilidad de leer datos –mediciones, contadores, entradas, salidas–. • La posibilidad de modificar datos –órdenes, señales de mando–. No todos los productos que ofrecen acceso a través de Internet permiten enviar señales de mando por la red que actúen sobre el proceso, en estos casos las medidas de seguridad deben ser mucho mayores. De cualquier modo, cada vez más se dispone de tecnología confiable para transmitir datos con seguridad vía Internet, y un número creciente de productos aceptan tanto la lectura de datos como la modificación de parámetros o de señales de mando. El LabVIEW 7.1 da esta posibilidad. Conclusiones del capítulo Una correcta estructuración del sistema permite lograr un mejor rendimiento del mismo con costos de inversión menores. Para implementar estos sistemas con softwares propietarios se necesitan gran cantidad de recursos y tecnología de punta generalmente no disponible en Cuba ni es económicamente viable su adquisición. En ETECSA está montada una red corporativa que enlaza todos los locales de la empresa por lo que se determinó desarrollar una aplicación empleando como lenguaje de programación el LabVIEW 7.1 para utilizar los recursos de hardware disponibles en la red corporativa con un mínimo de inversión. El software LabVIEW 7.1 es una potente herramienta para el diseño de aplicaciones de control y supervisión como la que nos ocupa e incluye la posibilidad de la comunicación a.

(43) CAPÍTULO 1. APLICACIONES TELEMÁTICAS EN EL AHORRO DE ENERGÍA. 33. través de Internet, lo que garantiza la supervisión remota. Al ser un software que puede ejecutarse sobre el sistema operativo Windows XP resulta más económico y ofrece ventajas al usuario..

(44) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. CAPÍTULO 2.. 34. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. Los equipos de climatización que se quieren supervisar son los instalados en locales no tecnológicos de ETECSA. Estos locales, que incluyen: oficinas comerciales, puntos de ventas, talleres, centros de capacitación, oficinas administrativas y centros de descanso son numerosos y representativos en el consumo. Ver Anexo 1 Relación de equipos de climatización no tecnológicos instalados en la DT de Villa Clara. El presente capítulo se centrará en el diseño de un sistema que posibilite controlar el horario de funcionamiento de los equipos de climatización de los locales no tecnológicos para evitar que los mismos se queden funcionando en los horarios de máximo consumo –picos eléctricos– (ETECSA 2007), u otro horario en que se decida apagarlos para lograr el cumplimiento de los planes de energía de la empresa y las medidas orientaciones por los organismos rectores (MEP 2006; MIC 2007; ETECSA 2009; ETECSA 2009; MEP 2009).. 2.1. Requisitos de diseño. 2.1.1. Especificaciones. 1. Posibilidad de contar con un panel donde se plasme el estado del equipo de climatización, el panel exigirá la presencia del operador para reconocer si el equipo está encendido o no, con registro de esta incidencia en una base de datos..

(45) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 35. 2. Establecer el control en tiempo real sobre los tiempos de conexión de los sistemas de climatización, que serán programados según los horarios de máxima demanda – picos eléctricos de consumo– y atendiendo al presupuesto de energía de la empresa, comparándolos con la hora del ordenador. 3. Ejecución de programas –señal remota de conexión/desconexión–, que modifiquen este control de la conexión/desconexión por tiempo, anulándola o modificándola, bajo ciertas condiciones, ejemplo: desconexión por sobre consumo o conexión por necesidad de una reunión. 2.1.2. Requisitos que debe cumplir el sistema. 1. Ser un sistema de arquitectura abierta, capaz de crecer o adaptarse según la cantidad de sistemas de climatización que se necesiten supervisar, inclusión de otros equipos consumidores que se quieran gestionar. 2. Comunicar con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de climatización y con el CSGT de la DT a través de las redes privadas locales y de gestión –red corporativa de ETECSA–. 3. Ser un programa sencillo de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fácil de utilizar, con interfaces amigables con el usuario. 2.1.3. Módulos de software. Los módulos o bloques software que permitirán las actividades de adquisición y supervisión son los siguientes: 1. Configuración: permite al usuario definir los equipos consumidores que desea controlar, adaptando la aplicación a las necesidades..

(46) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 36. 2. Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de los sistemas de climatización. 3. Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando pre programadas, conexión/desconexión a partir de los valores de tiempo programados en el sistema. 4. Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesamiento ordenado de los datos –base de datos–, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. 2.1.4 Comunicaciones Se encarga de la transferencia de información entre los CT, a través de la interfaz de hardware y la PC que soporta el sistema, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión, CSGT mediante la red corporativa de la empresa usando el protocolo TCP/IP, aplicaciones servidor/cliente. 2.1.4. Hardware. 1. PC de los locales donde están instalados los equipos de climatización, CT. 2. PC del CSGT. 3. Red corporativa de ETECSA. 4. Diseño de una interfaz entre el equipo consumidor –climatizador– y la computadora que interviene en la conexión/desconexión. 2.1.5. Arquitectura del sistema de conexión/desconexión y supervisión para equipos de climatización. Para cumplir con los requisitos anteriores el sistema tendrá la arquitectura que se muestra en la figura 2.1..

(47) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 37. Figura 2.1 Sistema de conexión/desconexión y supervisión de los equipos de climatización en ETECSA. (Fuente: elaboración propia). Se diseñaron. dos aplicaciones de software interrelacionas entre sí para conformar el. sistema, que son: •. Un software de conexión/desconexión que se instalará en la PC del CT u otro local y que tiene como función apagar y encender el (los) climatizador(es) en los horarios predeterminados y enviar una señal de notificación, a través de la red, al CSGT.. •. Un software que se instalará en el CSGT que es el encargado de encuestar sobre el estado de lo equipos de climatización. La información sobre el estado de los mismos se almacenará en una base de datos. A su vez, si fuera necesario, por problemas de déficit de generación, de incumplimiento del plan establecido o cualquier otro motivo; desde el CSGT se puede enviar una señal de desconexión.

(48) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 38. hacia el dispositivo que controla la conexión/desconexión y apagar remotamente el elemento climatizador. Bajo este mismo principio se puede realizar el control y la gestión de cualquier otro equipo consumidor que se desee. Para la programación de estas aplicaciones se empleó la plataforma LabVIEW versión 7.1. Los programas creados con esta herramienta de programación se guardan en ficheros llamados VI –extensión .vi– que significa instrumento virtual y los subprogramas que se crean para realizar funciones dentro de esos VI se denominan sub VI. (Albornoz, Lagos, 2008). 2.2. Funcionalidad del software de control de la conexión/desconexión. El software de control, está compuesto por varios sub VI encargados de predeterminar las horas a las cuales se quiere conectar/desconectar el equipo de climatización, situado en el local no tecnológico. Estas horas se comparan con el tiempo real del ordenador donde se instala la aplicación y si la hora se encuentra dentro del rango programado se toma la decisión de enviar una señal de desconexión, que en este caso es un 1 lógico, que se activa en el puerto paralelo de la PC. Esto se representa en el panel frontal del software del CT, como se muestra en la figura 2.2..

(49) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 39. Figura 2.2 Interfaz gráfica de control del tiempo de funcionamiento del aire acondicionado. (Fuente: elaboración propia) Los puertos de comunicación de la PC le permiten controlar circuitos electrónicos que se usan en actividades de automatización de procesos, adquisición de datos, tareas repetitivas y otras actividades que demandan precisión (Gómez 1999). El puerto paralelo de la PC puede ser utilizado para controlar el estado de conexión de los sistemas de climatización como se explicó anteriormente. Mediante programación, para desconectar el dispositivo, se activa un 1 lógico en un pin del puerto paralelo y a través de la interfaz de hardware que hay entre la PC y el equipo consumidor, se acciona un magnético o interruptor que desconecta el climatizador. De uno de los contactos de desconexión del magnético se toma una señal, que es la confirmación de que efectivamente el equipo está desconectado, y se envía, como retorno, a través de la interfaz de hardware hacia el terminal del puerto paralelo de PC del CT. La PC del CT está conectada en red –a través de la red corporativa– con la PC del CSGT y envía por este medio la señal de confirmación de apagado hacia esta última. Como resultado se encenderá un indicador lumínico en el panel del cliente CSGT..

(50) CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN/DESCONEXIÓN Y SUPERVISIÓN DE EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. 40. El panel frontal programado en cada una de las aplicaciones permite interactuar al usuario con las aplicaciones y es llamado HMI –Human Machine Interface–: Interface gráfica para la visualización del estado del proceso mediante representaciones, animaciones, gráficos, textos, listados, y ventanas múltiples, entre otras (Ballesteros 2009). Cuando el operario del CSGT selecciona la dirección IP, desde su HMI, del local no tecnológico que se quiere encuestar y al conectarse recibe el estado del equipo, almacena en una base de datos la fecha, hora y además la referencia del estado, a su vez, se tiene la posibilidad de variar dicho estado presionando un botón pulsante. –push button–. disponible en su panel frontal. La HMI del CSGT se muestra en la figura 2.3.. Figura 2.3. Interfaz gráfica del panel de control del CSGT. (Fuente: elaboración propia) 2.3. Supervisión de los equipos de climatización. En ETECSA existen dos vías a través de las cuales se pueden supervisar los equipos de climatización de forma remota:.