Autor: Gaudencio Ramos Niembro fecha: inexistente

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ESTUDIOS Y DESARROLLO DE HERRAMIENTAS PARA EL ANÁLISIS lÍ
Y LA EVALUACIÓN DE PROGRAMAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
Dr. Gaudencio Ramos Niembro
RESUMEN
Quiero agradecer a la Academia Mexicana de Ingeniería el haberme aceptado como uno de sus miembros.
Es para mí un gran honor.
En México no es fácil realizar investigación aplicada, a menos que alguien se interese en un
problema específico, esté dispuesto a esperar el tiempo necesario para obtener resultados y, pague el
costo. También es cierto que cuando se logran resultados, éstos eventualmente dejan subproductos tanto
o más importantes que el proyecto en sí: el conocimiento que ayuda a vencer los eternos temores sobre
costos, comprensión de los fenómenos, importancia de la investigación y uso práctico de los resultados,
además de que se alcanza la confianza de emprender nuevos retos en investigación aplicada.
Para mi ingreso a la Academia Mexicana de Ingeniería, presento los trabajos que he realizado en
los últimos ocho años sobre escenarios de ahorro y uso eficiente de la energía. Desgloso las herramientas,
metodologías, análisis específicos y modelado, de trabajos de investigación aplicada, entre otros aspectos.
Así, explico, desde mi punto de vista, el contexto en el cual se da el cambio en la forma de uso de
la energía y comento cuál ha sido mi participación en diferentes estudios: cambio de horario durante la
época del verano, usos finales de la energía eléctrica y diagnósticos energéticos en usuarios domésticos.
En cada caso menciono los antecedentes que dieron origen a los estudios, indico la estrategia de análisis
de las investigaciones, y comento los principales resultados obtenidos.

2. INTRODUCCIÓN
En menos de un siglo la electricidad ha transformado la forma de vida del ser humano. La iluminación
artificial, los motores eléctricos, la refrigeración, las técnicas médicas, las computadoras y lo medios de
comunicación son sólo algunos de los avances que se basan en el uso de la electricidad.
El crecimiento del sector eléctrico se basó en la ley de la oferta y la demanda: se instalaban tantas
plantas como energía demandara el mercado. Sin embargo, en los años setenta, problemas inesperados
marcaron el inicio del cambio en el uso de la energía eléctrica. Entre éstos resaltan el incremento en el
precio de los energéticos; un mayor cuidado al medio ambiente debido al calentamiento global del planeta,
lluvia ácida y emisiones NO y SOR; una inflación de dos dígitos y sus consecuencias en los costos
financieros de las inversiones; la aparición de nuevas restricciones reguladoras; y las dificultades para
predecir la demanda.
La respuesta a tal escenario dio lugar a la estrategia llamada Administración del Lado de la
Demanda (ALD) (DSM por sus siglas en inglés, Demand-Side Management), la cual consiste en buscar
alternativas para minimizar los requerimientos de energía sin detrimento en la calidad de los servicios. En
otras palabras, en lugar de instalar plantas de generación en función de la demanda de energía, se
determinan e implementan, del lado del usuario, alternativas para requerir menos energía.
Cuando se implementa un programa de ahorro y uso eficiente de la energía debe ser negocio para
tres: el usuario, la sociedad y la empresa eléctrica. Para el usuario, su toma de decisión es muy simple:
me resulta más barato o más caro; desafortunadamente, en algunos casos el tiempo de retorno no es
corto o no se cuenta con el dinero necesario para la inversión inicial. El beneficio para la sociedad puede
verse desde muy diversos aspectos, siendo el más importante la conservación de los recursos naturales
y el cuidado al medio ambiente. Desde el punto de vista de la empresa eléctrica, los factores de mayor
peso pueden ser el diferir inversiones y la confiabilidad del sistema.
Los programas de ALD y las formas de su implementación han variado en el tiempo en función de
2

3. diversos aspectos como recursos financieros, avance tecnológico, mayor interés de las personas, etcétera.
A continuación se menciona, bajo diversas ópticas, la evolución de las estrategias de desarrollo y la
implementación de programas de ahorro y uso eficiente de la energía.
Tipos de programas
La implementación de los programas puede ser dividida en cuatro etapas. A la primera se llamó proyectos
demostrativos y tenía la finalidad de mostrar al usuario que podía lograr ahorros importantes de energía
si cambiaba sus equipos por otros más eficientes o si modificaba sus hábitos de uso. La segunda etapa,
una vez que se demostró que ahorrar es negocio, fue proporcionar la asesoría técnica y facilitar el enlace
con instituciones financieras para que, con sus propios recursos, los empresarios implementaran mejoras
a sus procesos y servicios. La tercera etapa está consolidándose, y consiste en la aparición de empresas
de servicios energéticos, las cuales comparten el riesgo de la inversión original con el usuario, pero
participan en los ahorros, a través de las ganancias económicas que se obtienen después de implementar
las medidas. Está iniciándose una cuarta etapa, que implica transformar el mercado de productos,
logrando la eficiencia energética a través de todos los equipos disponibles al público en general.
Mejoras a equipos y aparatos
La evolución de mejoras en equipos y aparatos se puede analizar bajo dos diferentes aspectos: la
normalización, que ha tenido como fin el desarrollo tecnológico en equipos y aparatos que consuman
menos energía, pero sin detrimento del servicio que proporcionan; y el etiquetado, que consiste en
promover en el mercado, a través de una etiqueta voluntaria, equipos más eficientes en relación con los
límites que fija la norma.
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4. Proceso de implementación
Para cada equipo, aparato o proceso que se pretende hacer más eficiente, se plantea un objetivo a
alcanzar y una estrategia a seguir, definiendo un ahorro potencial y un tiempo para lograrlo. Este proceso
se lleva a cabo en seis etapas: estimar los ahorros potenciales y cómo alcanzarlos; determinar metas y
evaluar la relación beneficio/costo; identificar cifras objetivo de cuánto se puede lograr; plantear
estrategias y líneas de acción; ¡mplementar los proyectos; y evaluar los logros alcanzados (diferencias
entre programado y real).
CAMBIO DE HORARIO DURANTE EL VERANO [la 7]
Antecedentes
La acción conocida como cambio de horario durante el verano (CHV) consiste en adelantar una hora el
reloj durante esa época. Sus objetivos son utilizar con eficiencia la luz solar en los meses en que la
insolación es mayor, obtener una reducción en el consumo de energía eléctrica por parte de los usuarios
domésticos y reducir la demanda máxima del sistema eléctrico interconectado en la hora pico.
En México, el sector doméstico consume 23% de la energía eléctrica. El empleo promedio nacional
de electrodomésticos es el siguiente: iluminación, 43%; conservación de alimentos, 22%; climatización,
20%; televisión, 12%, y otros, 3%.
Estudios puntuales indican que el consumo promedio por iluminación artificial es como se muestra
en la figura 1, es decir, 6% en las mañanas, 69% en las noches y 25% por consumo de lámparas
encendidas a lo largo del día.
Para evaluar en detalle el impacto del cambio de horario de verano es necesario considerar
diversos aspectos que se mencionan a continuación.
La república mexicana se localiza geográficamente entre los paralelos 14.5 0 y 33.00, y los
meridianos 86.50 y 1170. Esta situación ocasiona una gran variabilidad en la iluminación debido a su
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5. localización geográfica. En consecuencia, el análisis del impacto del cambio de horario de verano se hizo
a escala regional. Se consideró a los estados como microregiones. Para evaluar el potencial de ahorro se
escogió como variable dependiente el consumo en iluminación artificial y como variables independientes,
la localización geográfica, el horario de levantarse y acostarse, la tarifa y el rango de consumo, y el por
ciento de energía destinada a iluminación. Se desarrolló un programa de computadora para obtener la
salida y la puesta del sol, con tres variables de entrada (latitud, longitud y meridiano de referencia), y dos
de salida: hora del amanecer y puesta del sol durante todo el año.
Respecto a los hábitos se consideraron: la hora en que las personas se levantan y se acuestan (tres
horarios (6:00 a 22:00; 6:30 a 22:30, y 7:00 a 23:00); el 33.3% de la población se encuentra en cada
grupo; y en cuanto aparece luz natural en el horizonte y en cuanto anochece, apagan o encienden la
iluminación artificial, respectivamente.
En cuanto a la cantidad de energía, para cada estado se consideraron tres aspectos: condiciones
climáticas, rangos de consumo y por ciento de energía para iluminación artificial.
La distribución de consumo a lo largo del día se consideró como se muestra en la figura 1.
Después de realizar diversas simulaciones en la hoja de cálculo, se concluyó que los escenarios
extremos de ahorro varían de 0.68% a 1.1% del consumo nacional.
Estrategia de análisis
Una vez decidida la implementación del CHV, se procedió a elaborar una estrategia de análisis para
calcular su impacto. Se acordó monitorear a diversos usuarios en el país, antes, durante y después de la
implementación de tal medida. Los usuarios urbanos se clasificaron en tres grupos: doméstico, comercial
e industrial. Es conveniente comentar que, aun y cuando es el sector doméstico donde tiene impacto el
horario de verano, debido a que modifica la hora de encendido y apagado de la iluminación artificial en
los hogares, se decidió analizar también a los sectores comercial e industrial, para determinar si existe
hl

6. algún impacto.
La muestra se seleccionó a partir de las ciudades representativas del país, considerando desarrollo
socioeconómico, y características geográficas y climatológicas. El procedimiento que se siguió para
seleccionar la muestra de las ciudades se realizó en tres etapas: a) se ordenaron en sentido decreciente
las localidades según su índice de desarrollo socioeconómico y se eligieron aquellas que tuvieron un índice
mayor a uno límite previamente fijado; b) las localidades elegidas se agruparon considerando su perfil
geográfico, demográfico y tarifario, y c) de cada grupo se seleccionó una ciudad, la cual es representativa
del resto de las ciudades que constituyen su grupo. El total de urbes seleccionadas fue de doce.
Respecto al tamaño de la muestra, se concluyó que el número de usuarios por ciudad debería ser:
cuarenta casas seleccionados aleatoriamente de los ábacos de la CFE; dos comercios desde el punto de
vista de consumo e impacto en la sociedad (supermercado y tienda de departamentos), y un usuario
industrial representativo de la zona bajo estudio. Por su tamaño, la muestra en la ciudad de México fue
tres veces mayor que la de provincia.
El análisis de los consumos eléctricos se fundamentó en una estrategia llamada "cubo", dado que
la información se selecciona en tres dimensiones: tiempo, usuario y localización geográfica.
Para el cálculo de los ahorros a partir de las mediciones, se desarrollaron dos modelos
matemáticos. Uno para ciudades donde el clima no influye o intervalos de tiempo cortos durante la
transición, el cual se basa en la teoría de Cluster Analysis: los usuarios se clasifican por su forma de
consumo y se comparan directamente los consumos en energía entre el mes de referencia (marzo y
noviembre) y los meses con horario de verano, en los intervalos de tiempo donde impacta el cambio de
horario. El segundo modelo de consumo de energía eléctrica para zonas donde el clima influye en el
consumo se basa en técnicas multivariadas y considera la suma de cuatro componentes: un promedio
general alrededor del cual se supone que está fluctuando el consumo; una componente que representa
el efecto del cambio de horario; una componente que representa el impacto de la temperatura; y el error.
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7. Además de las mediciones puntuales a usuarios específicos, se diseñó un procedimiento de análisis
de la información global producida por el Centro de Control de Energía. Su objetivo fue dual: hacer una
comparación con las mediciones puntuales y tener un procedimiento para seguimiento del impacto del
cambio de horario de verano en el tiempo. El análisis considera: el consumo promedio diario meses de
transición (marzo-abril y octubre-noviembre); se eliminan días atípicos (fines de semana y feriados); se
realiza un ajuste llamado diferencial mensual, que permite eliminar las diferencias en consumo entre
ambos meses atribuibles a la temperatura; se eliminan los consumos de los usuarios de tarifa horaria; y
sólo se consideran los intervalos en que tiene impacto el CHV, es decir, 05:01 a 08:00 y 17:01 a 24:00.
Resultados obtenidos
Ahorro en consumo.- La figura 2 muestra dos curvas horarias promedio mensuales (marzo y abril) del
alimentador Netzahualcóyotl, el cual provee de energía eléctrica a 1,800 usuarios domésticos. La figura
3 muestra al mismo alimentador durante el período marzo-noviembre, donde se observa que durante todo
el verano persisten los ahorros en consumo en las noches (el consumo y la demanda es menor en las
horas que impacta el CHV). El pequeño consumo en exceso en las mañanas dura un par de meses.
Ahorro en demanda.- Tomando como ejemplo las figuras 2 y 3, el ahorro en demanda se observa en las
noches: la magnitud máxima en los meses de verano es menor a la del mes de marzo.
Sistema eléctrico.- La figura 4 muestra la transición marzo-abril del sistema interconectado nacional. Se
observan los ahorros en consumo y demanda. La figura 5 muestra las demandas máximas semanales en
1996, con y sin cambio de horario durante el verano.
NORMAS DE EFICIENCIA ENERGETICA EN EDIFICACIONES [8a10]
Antecedentes
Las normas obligatorias de eficiencia energética tienen la virtud de que una vez aplicadas son ley y todos

8. los que están relacionados con ella ahorran energía. El proceso para implementar una norma es largo,
debido a que son muchos los interlocutores con los que hay que acordar. Aun y cuando las normas son
emitidas por el gobierno, deben lograrse por consenso de los diversos actores involucrados: fabricantes,
comerciantes, autoridades y público en general.
La figura 6 muestra el diagrama a bloques del procedimiento de implementación de una norma
desde que se detecta la oportunidad hasta que se asegura que se está cumpliendo. En el diagrama se
observa que las actividades están subdivididas en cuatro etapas: justificar, consensar, publicar e
implementar. En la primera etapa se determinan la factibilidad técnica y económica que dan sustento. El
segundo grupo de actividades es para obtener el consenso a través de la revisión de los valores de
eficiencia energética, la factibilidad de lograrlos y los costos de su implementación. La tercera etapa
corresponde a los trámites legales hasta lograr su publicación en el Diario Oficial de la Federación,
incluyendo la recepción de comentarios del público en general y la elaboración de respuestas a cada uno
de ellos. La cuarta y última etapa se relaciona con la verificación del cumplimiento de la norma desde la
elaboración de la documentación hasta la verificación de los laboratorios que acrediten el cumplimiento
de la norma, y la obtención de productos con las características especificadas. Además, es necesario
realizar una base de datos del proceso de verificación para que durante la siguiente revisión de la norma
se simplifique el proceso.
Desde el punto de vista operativo, las etapas uno, tres y cuatro son las más fáciles de implementar.
La segunda etapa es muy difícil, pues es necesario consensar y concretar acuerdos con todos los
involucrados: empresarios, fabricantes, verificadores, autoridades. Cada uno defenderá sus intereses y
lo que se requiere es que un producto que cumpla con las especificaciones de eficiencia energética pueda
ser fabricado de manera económica y sea aceptado por el cliente. Cuando se trata de obtener el consenso
en normas de equipos y aparatos, los interlocutores son pocos (unos cuantos fabricantes) y las dificultades
se centrarán en cómo lograr, a un menor costo, la eficiencia energética deseada. Por el contrario, cuando
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9. se habla de normas de eficiencia energética en edificaciones, el número de actores crece enormemente
y los intereses de grupos también. En efecto, los responsables de la construcción de edificaciones
(arquitectos y constructores) son muchos y sus planteamientos, muy variados. Sin embargo, del otro lado
de las normas se encuentra un usuario que no tiene poder de decisión y que tendrá que sufrir las
consecuencias de una edificación en la que es muy costosa su operación, o que no cumple con las
condiciones de confort cuando se habita.
Estrategia de análisis
La obtención de los anteproyectos de norma de eficiencia energética (edificios comerciales y casa
habitación) implicaron diversos trabajos de investigación previos a la elaboración de los documentos
oficiales, los cuales incluyen la justificación y el análisis del porqué de las variables a considerar, el estudio
beneficio/costo correspondiente que da viabilidad a la norma, y un procedimiento de cálculo para su
cumplimiento. En otras palabras, durante la primera parte se identificaron las variables que mayor impacto
tienen en el consumo de energía eléctrica y la forma de optimizarlas; en la segunda se determinó su
viabilidad, y en la tercera se elaboraron los procedimientos que permiten al constructor verificar si cumple
o no con la norma.
México es un país ubicado entre las longitudes 87 0 y 1180, y las latitudes 140 y 320, por lo que cuenta
con una gran variedad de climas. Si se hiciera un inventario de climas, se podría decir que existen casi
todos: se tienen lugares de los más calurosos del mundo, como en el noroeste del país; calurosos secos,
como en gran parte del centro-norte; zonas costeras, tanto en el Golfo de México como en el Océano
Pacífico, en las que en época del verano se tienen altas temperaturas combinadas con suma humedad;
zonas montañosas, como en el sureste, con climas templados, mucha lluvia y neblina.
Las principales fuentes controlables mediante el diseño de la envolvente son dos: la transmisión
de calor por conducción a través de los muros y techos, y la radiación solar que penetra a través de los

10. vidrios de las ventanas y tragaluces.
Por lo anterior, se desarrolló una norma que no solamente requiera un aislamiento térmico
apropiado para las partes opacas (muros), sino que también incluya un tratamiento especial de las partes
transparentes (ventanas y tragaluces).
Utilizando el paquete de modelado DOE2, se realizaron los estudios que permitieron evaluar los
siguientes aspectos: el aislamiento térmico y la radiación solar a través de elementos arquitectónicos.
Aislamiento térmico.- El comportamiento de la carga térmica de la envolvente se simuló considerando la
localización geográfica, los materiales de los techos y muros, las diferentes orientaciones, las colindancias
y las ganancias de calor internas. Las ciudades con clima extremoso seleccionadas para la simulación
fueron cuatro: Distrito Federal; Mérida, Yucatán; Monterrey, Nuevo León, y Mexicali. El modelado incluyó
diferentes niveles de aislamiento térmico para conocer su efecto en el consumo de energía en el aire
acondicionado y posteriormente determinar el nivel óptimo en el análisis beneficio/costo. Es importante
resaltar que de los resultados obtenidos, se pudo apreciar que aun con la misma resistencia térmica
promedio en la envoltura (es decir, que si se aíslan ambas porciones: muros y techo), se logra un mayor
ahorro de energía. Este efecto es más importante entre más caluroso es el sitio.
Reducción de carga térmica por volados.- Dado el alto nivel de insolación en el país se desarrollaron
factores de corrección por sombreado exterior (bonificación de carga térmica por radiación). Los elementos
considerados fueron: volados, ventanas remetidas y partesoles. La modelación se llevó a cabo para cuatro
latitudes 140-190, 190-230, 230-280 y 280-320.
Resultados obtenidos
Los ahorros que pueden lograrse al edificar una casa con los materiales adecuados para la envolvente,
se muestra en las figuras 7 y 8: una casa diseñada con materiales tradicionales (muros de tabique y losa
de concreto) y una casa con una resistencia térmica que minimiza las ganancias de calor a través del techo
lo

11. y las paredes, respectivamente.
En cuanto al impacto a los usuarios domésticos, la figura 9 muestra las diferencias en consumo
de los usuarios domésticos en diversas regiones tarifarias del país. En relación con los usuarios
comerciales, en la figura 10 se observan las diferencias en consumo de tres usuarios. Aun y cuando sus
equipos de enfriamiento son diferentes, la carga térmica interna a eliminar es la misma, por lo que las
diferencias de consumo se deben principalmente a las características de la envolvente (de 1 a 10 veces).
Se elaboró el material para promoción de las normas de eficiencia energética, edificaciones
comerciales y casa habitación, y se difundió en todo el país a través de talleres, los cuales permitieron
tener una retroalimentación y hacer los ajustes necesarios.
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LOS USOS FINALES [11-14]
Antecedentes
El éxito de los programas de ALD, el cual se ha reflejado en una reducción del consumo y la demanda.
Sin embargo existen interrogantes ¿ se deben establecer límites apropiados para incentivos ? ¿Se está
creando verdaderamente una conciencia de eficiencia energética o es una moda? ¿Únicamente se
implementan programas cuando existen apoyos económicos o ya se cuenta con una cultura energética?,
etcétera. Es en consecuencia necesario evaluar el beneficio/costo de los programas. Esto se logra a través
de la medición sistemática de la operación y el desempeño de los equipos y aparatos, considerando tanto
su entorno ambiental como el comportamiento de los usuarios. Las mediciones deben realizarse antes y
después de implementados los programas.
La importancia en la reducción del consumo de energía radica no tanto en el equipamiento actual,
sino en el crecimiento esperado en los próximos años. La capacidad instalada de los países del tercer
mundo es la quinta parte de la generación total, y se espera que su crecimiento sea del orden de 6 a 9%
en los próximos años, mientras que en los países del mundo desarrollados será sólo de entre 2 y 3%.

12. Haciendo referencia al sector doméstico, si se considera el desarrollo de nuevos equipos como las
facilidades de acceso a equipamiento básico, las tasas de crecimiento esperadas son muy altas. En Estados
Unidos, el sector doméstico representa 38% del consumo total, y se considera que en un período de diez
años su consumo se incremente en un 35% (computadoras, aparatos, tiempo de uso, etc.); en Francia,
la tasa de crecimiento del sector doméstico en los últimos veinte años ha sido de 7% anual; en la Unión
Europea se vislumbra que en las próximas dos décadas el consumo de los equipos de aire acondicionado
pase de 1.3 TWh/año a 46 TWh/año, es decir se tendría un crecimiento de 27 veces (ello por mejoras en
el confort); en el caso de México, el consumo en el sector doméstico ha crecido a una tasa promedio de
6°h anual y se espera un mayor incremento en el uso del aire acondicionado, particularmente en la
frontera con los Estados Unidos y en las costas.
Estrategia de análisis
Después de un análisis a las mediciones realizadas en diversos usuarios del país, la información existente
en la CFE sobre consumos, las encuestas realizadas a los usuarios y, utilizando diversas técnicas de
análisis (Cluster Analysys, consumos promedio diarios, simulación en PowerDOE del comportamiento de
las viviendas y de los equipos diversos -aire acondicionado y refrigerador), se clasificó y determinó el
impacto de los principales usos finales y las variables que influyen en el consumo.
Las variables que tienen un mayor impacto en el consumo son las siguientes: el clima, el nivel de
ingresos, y los hábitos o formas de uso de los equipos.
El clima es la variable que provoca mayor consumo de energía, debido al uso de quipamiento para
el acondicionamiento del espacio.
Los ingresos económicos de los usuarios definen el tipo y la cantidad de equipamiento. La
iluminación y el televisor existen en todos los hogares. Les sigue el refrigerador. En lo que respecta a
confort por climatización, el ventilador se utiliza en todas partes; el enfriador evaporativo, en zonas de
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13. clima cálido seco, y el aire acondicionado, en climas cálido seco y cálido húmedo; este último se utiliza en
sus dos modalidades: de ventana o central.
Respecto a la forma de uso de los equipos o hábitos de los usuarios, cuando se simula el
comportamiento de una vivienda se debe definir en detalle el régimen de operación de los equipos en
función del tamaño de la familia y de la ocupación de la casa (horario de presencia/ausencia). Las
encuestas personales indican que es necesario estudiar con mayor detalle qué se entiende por confort",
debido a que éste varía mucho de persona a persona.
Resultados obtenidos
Se cuenta con una base de datos que permite conocer el impacto de las diversas variables antes
mencionadas. A continuación se presentan los casos más comunes.
Las figuras 11 y 12 muestran los consumos de energía eléctrica de usuarios típicos en dos regiones
extremas del país: clima cálido (Mexicali) y clima templado (México, D.F.); en el primer caso se observa
que durante el período del verano, los consumos se incrementan en función de la temperatura y del nivel
de equipamiento, mientras que en el segundo, los consumos son prácticamente los mismos a lo largo del
año y su nivel depende del nivel de equipamiento de electrodomésticos.
Las figuras 13 a 17 muestran el impacto del equipamiento, comparando las épocas del año
(invierno y verano) para los casos típicos de forma de utilización. La figura 13 corresponde a un usuario
al que no le afecta el clima; la figura 14 muestra al usuario que tiene como equipamiento en el verano el
ventilador (el desplazamiento del pico nocturno se debe al CHV); la figura 15 corresponde a un usuario
con aire lavado (enfriador evaporativo); la figura 16 representa a un usuario con aire acondicionado tipo
ventana, con uso nocturno del equipo; la figura 17 corresponde a un usuario con equipo de aire
acondicionado tipo central.
En relación con el comportamiento de los equipos, es importante observar que el envejecimiento
13

14. es definitivamente trascendental en su eficiencia y por ende en el consumo. En las figuras 18 y 19 se
presentan el consumo y las temperaturas de un equipo de aire acondicionado ineficiente y eficiente,
respectivamente. Las figuras 20 a 22 muestran el consumo de tres refrigeradores: uno cuyo tiempo de
encendido es 30% y opera correctamente, otro donde prácticamente no cicla, y otro donde no cicla y la
carga total de la casa corresponde a la del refrigerador (un sábado en que la familia salió).
SISTEMAS PARA DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO 115 a 19]
Antecedentes
Las altas temperaturas durante el verano en la ciudad de Mexicali ocasionan que los usuarios domésticos
utilicen en forma ininterrumpida equipo de aire acondicionado para obtener confort en sus viviendas. Esto
implica un fuerte desembolso para el pago de energía eléctrica. Por tal motivo, el gobierno estatal de Baja
California, el gobierno municipal de la ciudad de Mexicali y la Comisión Federal de Electricidad crearon
hace más de diez años el Fideicomiso conocido como Fipaterm, a través del cual se han implementado
diversos programas de ahorro y uso eficiente de la energía. De los proyectos realizados en la zona de
Mexicali y San Luis Río Colorado, en Sonora, resaltan el aislamiento de los techos en sesenta y cuatro mil
viviendas, y la interrupción de la operación de ocho mil equipos de aire acondicionado durante las horas
"pico" del sistema eléctrico.
A partir de 1997 se iniciaron nuevos programas: sustitución de equipos de aire acondicionado por
otros equipos más eficientes; reducción del consumo en iluminación artificial utilizando lámparas
fluorescentes compactas en lugar de incandescentes, y el sellado de puertas para reducir la infiltración.
Esto dio lugar al desarrollo de un sistema de cómputo para hacer el diagnóstico energético a la viviendas,
para seleccionar el o los programas que representen un ahorro, elaborando un análisis de beneficio/costo.
Estrategia de análisis
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15. El sistema de diagnóstico esquematizado en la figura 23 muestra las partes que lo forman y la secuencia
de operación del sistema de cómputo, el cual está integrado por seis módulos: consumo por aire
acondicionado, modelado de la carga térmica de la vivienda, iluminación natural y ahorro por reemplazo
de lámparas fluorescentes compactas, ahorro de energía por cambio de refrigerador, ahorro de energía
por cambio de congelador y cálculo del consumo de otros equipos.
Consumo del equipo de aire acondicionado.- El cálculo del consumo por aire acondicionado del usuario
se obtiene a partir de los consumos históricos. La estrategia de cálculo se basa en que en los meses de
invierno el aire acondicionado y, entonces su consumo corresponde al equipamiento básico. El consumo
para climatización es entones la diferencia entre el consumo total y el de invierno.
Modelado de la carga térmica de la vivienda.- El módulo térmico simulado en el paquete DOE2 calcula
valores por metro cuadrado de carga térmica, por orientación, para diversos materiales y diferentes
espesores. La energía ahorrada es la diferencia entre el material actual y el nuevo. El consumo de energía
eléctrica del aire acondicionado se evalúa durante los seis meses más calurosos (mayo a octubre).
Los escenarios que se simulan son los siguientes: a) casa sin medidas, esto es, sin ninguna medida
de control pasivo del sol; b) colocación de aislamiento en el techo; c) colocación de aislamiento en los
muros; d) reducción de infiltración; y e) cálculo del consumo del aire acondicionado actual y uno eficiente.
El simulador también considera las características de los materiales de la construcción de la vivienda, y
aspectos bioclimáticos como sombreado total por barda o con árboles y b vidrios con/sin características
reflejantes. La vivienda se modela a través de las siguientes variables: a) el tamaño; b) techo de una o
dos aguas; c) orientación (norte, sur, este u oeste); d) puertas exteriores; e) ventanas; f) elementos de
sombra en ventanas y paredes; h) el número de pisos de la casa (uno o dos); 1) color (claro u obscuro);
j) material de la construcción (ligero y pesado). La carga interna está dividida en dos partes: la ocupación
de las personas y el equipamiento (kWh/mes). También se considera el horario de utilización del aire
acondicionado.
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16. Consumo por iluminación.- El programa de cómputo calcula el consumo total actual por iluminación y
evalúa los ahorros al reemplazar ciertas lámparas incadescentes por fluorescentes compactas. El cálculo
se hace considerando un consumo en verano y otro en invierno.
Consumo de/refrigerador.- Se desarrollo un programa para el cálculo del consumo de los refrigeradores.
Se hizo un estudio con información existente en la literatura, sobre el comportamiento de los
refrigeradores de tecnología antigua, y los fabricados actualmente. Se obtuvieron ecuaciones que
consideran: los años de uso, el tamaño (en pies cúbicos), el número de puertas, y el tipo de deshielo. El
total de refrigeradores que se simula es de 23: 13 nacionales y 10 extranjeros.
Consumo de/congelador.- Como en el caso de los refrigeradores, también se desarrollaron expresiones
que permitieron, en función de la fecha de compra y las características del equipo, calcular
aproximadamente su consumo actual.
Consumo de otros equipos.- A fin de contar con un sistema que permitiera contabilizar el consumo de
energía de otros equipos que tienen un alto consumo, y que no están clasificados en los previamente
descritos, se desarrolló un programa que permite evaluar sus consumos de energía eléctrica. Se
plantearon ecuaciones genéricas de cálculo bajo dos opciones: se conoce el consumo del equipo en un
mes (kWh/mes), o se conoce la demanda del equipo (kW) y el tiempo de uso diario (h); en ambas
situaciones se calculan los consumos actuales y losescenarios de ahorro, por año.
Resultados obtenidos
Durante los dos primeros años de implementado el programa se realizaron poco más de cinco mil
diagnósticos energéticos a un número igual de viviendas; se sustituyeron algo más de dos mil seiscientos
equipos de aire acondicionado (el EER promedio de los equipos retirados es de 5.62 y el EER promedio
de los equipos sustituidos es de 13.34); y se reemplazaron aproximadamente cuarenta y nueve mil
lámparas (veinticuatro mil de 25 watts, trece mil de 20 watts y doce mil de 16 watts).
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17. El programa ASI, anteriormente conocido como Fipaterm, es pionero en nuestro país en el ahorro
y uso eficiente de la energía eléctrica en el sector doméstico, y ha servido como ejemplo a otros
programas que se están iniciando en diversas partes del México.
CONCLUSIONES
La terminología ha cambiado. Antes se hablaba de implementar programas en ahorro y uso eficiente de
la energía eléctrica, ahora se dice que es necesario hacer un uso racional de los recursos naturales.
En este contexto, los trabajos aquí presentados han colaborado tanto en el conocimiento de los
usos finales de la energía como en el desarrollo de herramientas y en la evaluación de alternativas en
programas llamados de Administración por el Lado de la Demanda. Considero que mis principales
aportaciones se han dado en los siguientes aspectos: clasificación de usuarios domésticos por su forma
de consumo; identificación de las formas de consumo de los principales usos finales; desarrollo de
herramientas de análisis tanto para la realización de diagnósticos energéticos como para la evaluación de
impactos en los usuarios y en el sistema eléctrico, y desarrollo de bases de datos de usos finales y de
formas de consumo.
En cuanto a trabajos futuros en el corto y mediano plazos, mis sugerencias en los diferentes
sectores serían las siguientes:
- En el sector doméstico, desarrollar una base de datos con temperaturas para el diseño térmico de
viviendas utilizando el paquete PowerDOE y simular el comportamiento térmico de las casas en cualquier
sitio del país.
- En el caso de refrigeradores (segundo gran consumidor), realizar encuestas para determinar los
potenciales de ahorro y desarrollar sistemas de análisis para evaluar la relación beneficio/costo en cada
caso.
- En cuanto al uso de lámparas fluorescentes compactas, es necesario llevar a cabo estudios formales de
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18. impactos en los diversos escenarios, para su promoción en forma ordenada.
- En los sectores comercial y de servicios es necesario tener la misma base de datos de temperaturas para
la simulación de edificaciones. Otro apoyo de gran alcance sería el desarrollo de herramientas de cómputo
amigables, para que, a través de ellas, los interesados puedan simular escenarios de ahorro
beneficio/costo desde el diseño hasta el mantenimiento de sus equipos e instalaciones. Prácticamente se
requieren herramientas en todas direcciones: iluminación, equipos y aparatos, ocupación, etcétera. Estos
sistemas deben integrarse con otros de carácter general que permitan el desarrollo de índices en todos
los escenarios: comercios, empresas, oficinas, sistemas de alumbrado público, etcétera, cuyo uso será
tanto para los usuarios específicos como para los organismos encargados de la promoción y evaluación
de los programas.
- El sector industrial requiere, en una primera etapa, al igual que los sectores comercial y de servicios, el
desarrollo de bases de datos y herramientas para realizar análisis beneficio/costo de implementación de
aparatos y equipos. En una segunda etapa, y con la experiencia adquirida en el país, sería conveniente
empezar a incursionar en la aplicación de electrotecnologías.
- Finalmente, en cuanto a capacitación, es necesario fomentar diversos programas en las siguientes
direcciones: incluir este tema al ámbito escolar e impulsar fuertemente los beneficios/ahorros a través de
las personas que participan en los diversos programas de ahorro y uso eficiente de energía en el país.
REFERENCIAS
A continuación indico mis principales publicaciones.
An strategy to evaluate daylight saving time in Mexico, 5th Alberta Exposition and Conference on Power
Quality, Calgary, Alberta, Canadá, octubre de 1993.
Mathematical model and computer system to evaluate the daylight saving time in Mexico: preliminary
results, 56th American Power Conference, Chicago, abril de 1994.
18

19. "Metodología para la evaluación del ahorro de energía debido al cambio de horario durante la época
del verano", Boletín IlE, vol. 20, núm. 1, enero-febrero de 1996.
Mathematical model to isolate the effect of the temperature in the electrical consumption of residential
customers, 59th American Power Conference, Chicago, abril de 1997.
"Ahorro en consumo y en demanda debido al cambio de horario de verano", Revista FIDE, año 5, núm.
22, enero-marzo de 1997.
Application of spectral analysis to isolate the effect of the temperature in electrical consumption of
residential customers, American Power Conference, Chicago, 2000.
Energy saving due to the implementation of the daylight saving time in Mexico in 1996, CIGRE, París,
agosto 1998.
Impacto del clima en el consumo de energía eléctrica en los usuarios domésticos, XIX Seminario
Nacional de la ATPAE, septiembre de 1998.
"Estudios para la elaboración de normas de eficiencia energética en edificaciones", Boletín IlE, vol. 23,
núm. 2, marzo-abril de 1999.
Energy efficiency standards for buildings in Mexico: lessons learned from a technical and political
process, ACEEE, Monterey, California, 2000.
"Administración de la demanda", Boletín IlE, vol. 18, núm. 6, noviembre-diciembre de 1994.
Simulación de escenarios de ahorro y uso eficiente de energía, utilizando medidas de control pasivo,
XVIII Seminario Nacional de la ATPAE, octubre de 1997.
"Variables que influyen en el consumo de energía eléctrica", Boletín IlE, vol. 23, núm. 1, enero/febrero
de 1999.
A metodology to classify residential customers by their patterns of consumption, IEEE-PES, Edmonton,
Alberta, Canadá, julio de 1999.
19

20. A computer system to evaluate energy saving alternatives of roadway illumination, 3rd. European
Conference on Energy-Efficient Lighting, 1995.
Herramienta computacional para la elaboración y simulación de curvas de consumo de usuarios
domésticos, XVII Seminario Nacional Sobre el Uso Racional de la Energía, México, D.F., noviembre de
1996.
"Modelado de la curva de usuarios domésticos para la implementación de medidas de Administración
por el Lado de la Demanda", Boletín IlE, vol. 22, núm. 1, enero-febrero de 1998.
"Simulación de escenarios de ahorro y uso eficiente de energía, utilizando medidas de control pasivo",
Revista FIDE, núm. 28, julio-septiembre 1998. (Este trabajo se seleccionó del artículo marcado con el
número 64).
"Computer system for energetic diagnoses in residential customers", Energy Policy, 2000.
20

21. % de luces encendidas
120
100
80
60 /
40 II
20
/
• 1
o
0 5 7 10 17 20 24
hora
Fig. 1 Uso de la iluminación durante el día.
MWh/h
o
o
2
o o
o
Marzo + Abril * Mayo ° Jurrio X JAllo
• Agosto A Setiembre 2 Octubre O Nouierrrbre
MWh/h
140
Ahorro en demanda
120
Ahorro en consumo -
100
Consumo ero eoceso
80
60
40
Marzo + Abril
20
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2
Hora
Fig. 2 Alimentador Netzahualcoyotl; marzo-
abril, 1996.
MWhfh
20.000
15,000 +;4+*
t+I4 ++..+ •
+
10,000
Marzo + Abril
5,000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Hora
Fig. 3 Alimentador Netzahualcoyotl; marzo-
noviembre, 1996.
Demanda máxima semanal (miles de MegaWatts)
21
20
19 ++ +
++
18 + ++
+
+ Demanda Max. 1996 E ahorro de 529 MW
° ahorro de 664 MW Crecimiento sistema
17
1 10 20 30 40 52
Semana
Fig. 5 Demandas máximas semanales; 1996.
1 5 17 21
Hora
Fig. 4 Sistema interconectado; marzo-abril,
1996.
JUSTIFICACION CONCENSO PUBLICACION IMPLEMENTACION
1 1
Selección del Elaboración del Aprobación
equipolaparalo anteproyecto noblerna reoumpllmienfo
Eualuación Definición de los
Publicación
PAcnedlraclón
técnica calcres de eficiencia
dimo ocAl
L de laboratorios
Eualuaclón . Definición del eeepuoota a loO
Cepacilacicn
económica método de prueba - comentados
para
crrecióo
Jlltrniló
-:II r blll I
de Normalización
- 1 MSenl~,,
Fig. 6 Procedimiento implementación normas.
21

22. Carga térmica (miles de Watts) Carga térmica (miles de Watts)
¿u
15 15
10 10
5 5
0
5 8 14 18 21 24 1 2345678 9101112131415161718192021222324
Hora Hora
Fig. 7 Carga térmica de una casa sin medidas. Fig. 8 Carga térmica: techo y muros aislados.
TARIFA
NUMERO DE
USUARIOS
CONSUMO
)GWh/año)
kWh/USUARIO
(prom. mensual)
GWh/AÑO
(por clima)
%
(en exceso)
1 10,965,479 13682 103 - -
lA 1618,687 2,586 122 369 18.4
18 3,167,515 5,641 147 1,682 42.7
1C 1,372,625 2,941 178 1,235 72.8
10 383,735 973 210 495 103.8
lE 762,968 2,860 316 1,924 206.8
18,283,999 28,483 - 5,705 20
Dz:d: 800
400
200
Hora del día (una semana)
—Vidrio claro ---vidrio obscuro— sin ventanas
Fig. 9 Consumo por climatización de los usuarios Fig. 10 Demanda máxima de los equipos para
domésticos. climatización (edificios comerciales).
Consumo mensual (kWh) x..,uu unu,I u 1rev 1 'fil iCe)
350 3,000
+
300 - + '- 2,500 - - -.- -
+ + + +250 +
+ - + 2,000
200 0
1,500
150
f
-- • - . - - 1,000 ye --- >< x x---- - ---------' . -
lOO
50
500
E, E F M A M J J A S O N D
E F M A M J J A S O N D
M
Mes
es
Aire acond. central + Aire acond. central Aire acond. ventana
Usuario 1 + Usuario2 x Usuario 3 ° Usuario 4 • Usuario 5
° Aire Acond. ventana < Aire lavado ' Ventilador
Fig.11 Consumos de usuarios que no Fig.12 Consumos de usuarios que tienen
tienen impacto del clima, impacto del clima.
22

23. 0 5 7 10 17 21 24 0 7 9 13 16 21 24
Hora
± Febrero • Agosto A Julio
Fig.15 Consumo promedio: aire lavado.
L'UIIUIIIU tVVII)
1.6
1.4
di
1.2
willí
1
0.8
u
::
PF
O.;
1 23 4567 89101112131415161718192021222324
-lora
-O- Enero • Julio ± Octubre
Fig. 17 Consumo promedio:aire acondicionado
tipo central.
Hora
Febrero Junio • Agosto X Noviembre
Hg. 16 Consumo promedio: aire acondicio-nado tipo
ventana.
Fig.18 Consumo de un aire acondicionado
ineficiente.
.25
01
10191001200 1019100 100 T iO(10100 0100 10110/00900
Time
-Cempr..09AA oI.Je VmtJIder AAvI* —
Consumo (kWh) Consumo (kWh)
0.2
0.15 0.3
0.1 0.2 &
0.05 0.1
n o
0 7 9 12 17 21 24 0 5 7 10 13 17 21 24
Hora Hora
Mayo + Junio * Julio Agosto Enero 5 Agosto
Fig.13 Consumo promedio: sin impacto del clima. Fig.14 Consumo promedio: ventilador.
Consumo (kWh) Consumo (kWh)
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
a
23

24. - — - -
30.
ç 11r ¡S.
0.
101121001200 10/12/001800 Fd 10/13100000 10/13/00800
lime
- Mm Meodidonado nuevo Tamperatera
Fig.19 Consumo aire acondicionado eficiente. Fig.20 Refrigerador que cicla correctamente.
e,
O2
L %4tJ0.
10/26/001/00 10/28/30 715 10/28/0013/30 10128/00 19l45
hora
Total -PlanchO
-Mr. .00ndlol000do ln.fiol.ot. -Honra da nioroondas
0.3
0,25
0.2
0.1
.15
0.
11/30/0100 11/30/0700 11/3/001300 11/3/001900
Hora
Fig.21 Refrigerador que cícla muy poco.
inicio
consumo por
Loire acondicionado
Modelado
cargo térmica
d.
* * H
ouipo_
fin
Fig.23 Sistema para diagnóstico energético.
Fig.22 Refrigerador que no cicla y opera
constantemente.
24