TITULO

USO EFICIENTE DE LA ENERGIA ELECTRICA EN EL CORPORATIVO 3M MEXICO

AUTORES

Ing. Alfredo Sanchez Perez 3M Mexico, S.A. de C.V.

Ing. Antonio S. Quinones Bonilla 3M Mexico, S.A. de C.V.

Ing. Jorge I. Bustos Antunez Hines Interests, S.A. de C.V.

Ing. Manuel Reyes Arce Hines Interests, S.A. de C.V.

Grupo de trabajo

RESUMEN

“No basta contar con la tecnologia de punta para la ope radon diaria de un edificio, el reto es ser capaces de realizar un analisis claro y con metas alcanzables para la optimization de uso racional de la energia electrica en las operaciones de edificios inteligentes sin afectar el contort y productividad para usuarios asi como la funcionalidad y rentabilidad para el propietario.”

Vista del Corporative en Sta Fe

Esta fue nuestra base para llevar a cabo estrategias de control que ayudaron al uso eficiente de la energia electrica, obteniendo ahorros importantes sin descuidar la parte operative, de servicios y humane dentro de la propiedad. Es asi, que 3M Mexico queriendo alcanzar dichos propdsitos, realize acciones para mejorar la eficiencia de los equipos en los siguientes rubros:

Red Electricalluminacion. GeneralSistema de Aire Acondicionado.Ventilation y Extraction.Sistema Hidroneumatico.Operation de Carcamos.

INTRODUCCION

El uso ineficiente de la energia electrica refleja problemas que pueden llegar a ser graves para nuestras instalaciones y para la red de distribution del pais. For eso es importante tener presente el correcto funcionamiento de nuestro sistema electrico reduciendo al maximo las perdidas y manteniendo un correcto factor de potencia.

Los principales sintomas que se presentan per perdidas electricas y per bajo factor de potencia son:

a) Aumento de las perdidas per efecto Joule. Estas perdidas se manifiestan en:

• Calentamientos en cables.• Calentamiento en embobinados de

transformadores.• Calentamiento en dispositivos de

operacion y protection.

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b) Aumento en la caida de voltaje resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas (motores, lamparas, etc.), las cuales sufren una reduction en su eficiencia.

Esta caida de voltaje se manifiesta en:

• Income eta relation de transformation.• Mai funcionamiento de equipos electricos

y electronicos.• Disparo de dispositivos de protection y

control.• Incremento de la potencia aparente, con

lo que se reduce la capacidad de carga instalada, es decir:

• Mayor potencia entregada y poca potencia consumida.

• Menor rango de expansion en el sistema.• Mayor costo de operation.

For lo que la compania de Luz y Fuerza del Centro, hace bonificaciones al tener un buen factor de potencia, ya que esto es un indicativo de un uso eficiente de la energia, mientras que un mal factor de potencia es causa de recargos ya que refleja lo contrario.

Otro punto importante para el uso eficiente de la energia es el control de la demanda electrica, la cual esta sujeta a la demanda electrica national que fluctua a lo largo del dia de acuerdo a la actividad humana, por lo que la compania suministradora debe realizar esfuerzos mayo res para proporcionar energia electrica cuando la demanda es mayor.

Debido a esto, el gobierno a traves de la Comision Federal de Electricidad y la compania de Luz y Fuerza del Centro, dependiendo de la zona geografica del pais, a dividido el consumo electrico en tres horarios: Base, Intermedio y Punta, para la Tarifa HM.

Esta tarifa horaria tiene diferentes costos para cad a uno de los horarios, siendo el horario de punta el mas cam (mas de tres veces el costo de las otras dos), por lo que es importante tener el minimo consumo electrico dentro de este. Ademas de mantener bajo estricto control los picos de demanda electrica en cad a uno de los horarios, ya que el cargo representa hasta el 25% del costo total de la facturacidn mensual

del consumo electrico, esto conocido como la Demanda Facturable.

La Demanda Facturable es un indicativo de la carga en operation que tenemos en nuestro sistema electrico y esta en funcidn de los picos maximos de demanda en cada uno de los horarios: base, intermedia y punta, estos son causados por el arranque y paro de motores, elevadores, encendido y apagado de iluminacidn, aire acondicionado, servicios de computo, etcetera. Por lo que realizar arranques y encendidos secuenciales de nuestros sistemas ayuda a minimizar estos picos y en consecuencia a reducir la demanda facturable, obteniendo un ahorro en lo que a este concepto se refiere.

FACTURACION POR TARIFA HORARIA ZONA CENTRAL DE ACUERDO A C.F.E.

Tarifas por Horario y Estacion

Debido a lo anterior y a la filosofia de maximizar el uso de la tecnologia y disminuir el consumo de los recursos naturales, con el fin de proteger el medio ambiente sin perjudicar la operation del edificio, 3M Mexico llevo a cabo una serie de estrategias de control que permitieron optimizar el consumo electrico del edificio, obteniendo los siguientes resultados.

El consumo electrico para el periodo de 12 meses, comprendido de Enero a Diciembre de 2000 fue de 2494,135 Kwh. y para el mismo periodo del 2001 fue de 2439,000 Kwh., se obtuvo un decremento del 2.21%, reflejado en un ahorro de $ 25, 920.89 pesos por kilowatt hora.

Dando una reduction del rndice energetico de 86.00 kWh/m2 a 84.10 kWh/m2, tomando como base la superficie construida de 29,000 m2 del corporativo.

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Esta disminucion en el consume fue consecuencia del adecuado manejo y control de los diferentes horarios de facturacion, los cuales presentaron los siguientes resultados:

En Consume Electrico en Horario Punta se tuvo una disminucion del 28.21%, siendo este de 213,135 kWh en el 2000 a 153,000 Kwh. en el 2001. Esto da una reduccidn del indice energetico de 7.35 a 5.28 kWh/m2 en horario punta, reflejado en un ahorro de $45,246.51 pesos equivalente al 18.52% menor que en el 2000.

Forcentajes de consume por tarifa

En la Demanda Maxima Promedio en Horario Punta se tuvo una reduction del 23.11%, siendo esta de 429 Kw. en el 2000 a 330 Kw. en el 2001.

En la Demanda Factorable Promedio se tuvo una reduction del 12.38%, siendo de 513 Kw. en el 2000 a 450 Kw. en el 2001, reflejado en un ahorro de $37, 455.98 pesos, en la facturacion del 2001.

En el Consume Promedio Mensual se tuvo una reduction global del 3%, siendo de 207,845 Kwh. en el 2000 a 203,250 Kwh. en el 2001.

En la Facturacion Integrada se tuvo un ahorro de $ 61,381.52 pesos. 6 del 4.07%, siendo de $ 1’508,566.67 pesos, para el 2000 a $ 1’447,185.15 pesos para el 2001.

Estos ahorros significaron para la empresa la absorcion de la inflation anual del servicio.

Ademas, por cumplir con un alto Factor de Potencia, desde initio de la operation del edificio, se ha tenido una bonification total de

Enero del 2000 a Diciembre del 2001 de $33,397.55 pesos.

En las siguientes secciones se veran las acciones llevadas a cabo para la obtencion de estos resultados.

DESARROLLO DEL TEMA

En el transcurso del periodo de Enero de 2000 a Diciembre de 2001, los esfuerzos llevados a cabo en ahorro de energia, fueron totalmente encaminados al uso eficiente de la energia electrica, por lo que nuestro grupo de trabajo fijo como prioridad los siguientes puntos:

Primer punto, puso entasis en la reprogramacidn de horarios de operation de equipos y la definition de estrategias de control de carga electrica del edificio corporativo de 3M; de tal manera que se tuviera un ahorro en el consumo electrico y que este ahorro se reflejara en mayor proportion en el horario punta, que es el de mas alto costo para la operation del edificio.

Segundo punto, el control de las demandas maximas en base, intermedia y punta para disminuir la demanda facturable. Lo anterior dio una reduction en el costo del consumo electrico y en el costo de la demanda facturable, reduciendo ademas el indice energetico del corporativo.

A continuation se describen las principales acciones ejecutadas.

Grafica de registro y control diario

• Reprog ramacidn de horarios y Estrategias de control

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Se reprogramaron los horarios de operation de los equipos y se definieron estrategias de control de carga electrica, sin afectar los servicios a usuarios dentro de su horario de labor, de forma que se tuviera un ahorro en el consume electrico y que este ahorro se reflejara en mayor proportion en el horario punta, que es el de mas alto costo para la operation del edificio.

Chiller de 200 Ton. de refrigeracion

Chiller de 200 Ton. de refrigeracion

• Manejadoras de Aire

Con respecto a las manejadoras de aire (LIMAS), al igual que los Chillers tambien tienen un arranque secuencial y escalonado para el control del consume y demanda.

Se calibraron los variadores de frecuencia para mantener funcionando los ventiladores a una velocidad optima, satisfaciendo las necesidades minimas del edificio.

• Unidades Enfriadoras de Aguas (Chillers)

Actualmente la programacion de estos equipos permite un arranque escalonado por horario, tanto de las Bombas de Agua Helada como de las Unidades Enfriadoras, disminuyendo las demandas maxi mas al momento del arranque del edificio.

Estos equipos funcionan dentro de horarios de oficina, apagandose automaticamente antes de que empiece el horario punta.

Para reducir las horns de operation y el porcentaje de operation de los compresores de cada Chiller, se estan manejando diferentes set-points de temperature de acuerdo a los horarios de verano-invierno y tambien durante el transcurso del dia.

En dias no habiles estos equipos se mantienen apagados.

Las horns de operation no entran en el horario punta, y los dias no habiles se mantienen apagadas.

Las compuertas de toma exterior, mezcla y desfogue se controlan de acuerdo a la temperature exterior para aprovechar la temperature ambiente en el momento de la etapa de enfriamiento y de la etapa de calefaccion.

• Cejas de Volumen Variable

Cuando las oficinas estan desocupadas el controlador de la caja de volumen variable se pone en mode desocupado, tomando otro set-point de control que permite el ahorro en toneladas de refrigeration.

El sistema de aire acondicionado solo funciona dentro de horarios de oficinas y se apaga antes de que empiece el horario punta.

Instalacion de un mayor numero de cajas de volumen variable para zonificar la distribution del aire acondicionado en el edificio logrando optimizar el sistema de enfriamiento del

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edificio y dando una major comodidad al usuario.Ademas se relaciono el sistema de aire acondicionado con el de iluminacion per medio de los sensores de movimiento, los cuales al no detectar presencia de personal en la zona apagan el alumbrado y reducen el uso del aire acondicionado local.

• Iluminacion

En cuanto al sistema de iluminacion se ha procurado encender el alumbrado solo en horns de oficina.

Seleccion de circuitos clave que no son requeridos para la operacion del edificio la seguridad del personal se mantienen apagados: pasillos de decoracion y zonas junto a ventanas exteriores.

En las areas con buen alumbrado natural se instalaron foto celdas que controlen el encendido y apagado de sus circuitos electricos para control de la iluminacion.

En oficinas privadas el encendido y apagado es per medio de sensores de movimiento, de tal manera que se optimice el consume electrico.

En estacionamientos se llevd una fuerte estrategia de solo mantenerlos encendidos en su totalidad en los mementos de mayor transito vehicular (2 horns a la entrada "de 07:00 a las 09:00" y 2 horns a la salida "de 16:00 a las 18:00"), fuera de estos horarios los estacionamientos se quedan con la iluminacion necesaria para el sistema de CCTV, Seguridad y Transito Peatonal.

Solo areas ocupadas se encienden via telefonica

La iluminacion de exteriores, tanto el de seguridad come el decorative, fue reducido en un 60%, quedando en operacion nocturna solo el minimo necesario para CCTV y Seguridad, el decorative se utiliza cuando es requerido para algun evento extraordinary fuera del horario de oficina.

Separadon de circuitos electricos en zonas come lobbys y pasillos, cuartos electricos, oficinas, area tecnica, etc., lo que ha permitido mantener mas tiempo apagada la iluminacion que no esta siendo requerida, esto sin afectar areas de trabajo. En algunas de estas zonas se agregaron fotoceldas para controlar a traves del cambio en la iluminacion natural, y en el case de los cuartos electricos se agregaron sensores de movimiento para cuando sea requerido per algun usuario.

La iluminacion de todo el edificio en general, fuera del horario de labor, queda solo con la iluminacion necesaria para el sistema de CCTV y Seguridad. Solo en el case de que los usuarios per cuestiones laborales tengan que permanecer en su lugar de trabajo fuera del horario de labor, se cuenta con una herramienta que les permite, via contestadora telefonica, encender y apagar la iluminacion de su zona de trabajo, apagandose esta automaticamente una hora despues del requerimiento.

Aprovechamiento maxima de la luz natural

Tambien se instald un mayor numero de sensores de movimiento en zonas de estacionamientos, pasillos y oficinas para que el alumbrado estuviese encendido exclusivamente en presencia de personal.

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Sensor de movimiento para privados

• Ventiladores de Extraction

Los ventiladores de extraction encienden dentro del horario de oficina, apagandose antes de empezar el horario punta.

En los estacionamientos se cuenta con sensores de mondxido para no permitir que los ventiladores de extraction esten encendidos en forma permanente durante el horario de oficina, ademas de ayudar a mantener cuidado en la salud del personal.

Control de Ventiladores por sensor CO

• Sistema Aire Comprimido (Area Tecnica)

Se tiene un compresor de 40 Kw a 220v al cual se redujo su operation al horario de oficina, solo en casos excepcionales se arranca cuando es requerido para eventos especiales del area tecnica.

esta agua para postedormente desalojarla al drenaje, a este sistema se Integra un controlador que permit!era almacenar agua hasta un nivel alto para posteriormente descargarla al drenaje, minimizando el numero de arranques de las bombas, obteniendo un ahorro de energla en este rubra, ademas de que solo ope ran fuera de horario de oficinas y fuera del horario punta.

• Reportes Mensuales

Con el fin de dar un seguimiento muy de cerca y seguir adelante o hacer las correcciones que fuesen necesarias, se llevd a cabo reuniones mensuales ante el personal del departamento de Ingenierla, Seguridad y Mantenimiento y en las cuales se presento mes a mes el reporte del consumo electrico, demanda factorable, facturation del mes y los resultados de las acciones implementadas, todo con relation a los anos anteriores.

Inmediatamente se determinaba si los resultados eran claros y palpables, sin afectar la operation del edificio y manteniendo nuestro sistema dentro de para metros de control bien determinados, si no era asl, inmediatamente se anulaban las acciones que no daban los resultados esperados.

En forma muy importante, esta reunion mensual nos permitid conocer la opinion y comentarios que se generaban, por parte de los usuarios, con relation a los cambios que ellos estaban apreciando en cuanto a la operation del edificio.

• Desarrollo de Software de Monitoreo

Se desarrollo un programa de monitoreo del consumo electrico (Electric Power Monitoring) que nos facilita el analisis del consumo y demanda electrica de cad a dla, para detectar y reportar desviaciones que se hubiesen presentado durante el periodo de facturacidn que se estaba analizando.

Se desarrollo una Base de Datos Electricos para el analisis histdrico del comportamiento del consumo, demanda y facturacidn electrica del corporative, que cuenta con

• Sistemas de Aguas Negras

En el sistema de aguas negras se tienen dos cisternas que permiten almacenar parte de

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datos reales desde el mes de Junio de 1998, hasta la fecha.

Comunicacion y Sistemas de Compute

Mes a mes se comparaban nuestras predicciones y analisis v.s. los recibos de Luz y Fuerza del Centro para hacer la presentation del reporte mensual.

Grafica de consume mensual

• Capacitacion Tecnica

Se desarrollo un curse de capacitacion para ensenar tanto a Supervisores, Empleados Clave y Personal Tecnico, la importancia que tiene el conocer los diferentes horarios de facturacion electrica y aplicar estrategias dentro para tener un use adecuado de la energia electrica, ademas de las consecuencias tanto favorables come desfavorables de no llevar a cabo el use adecuado, tanto en la facturacion del consume y demanda, hasta danos al personal y equipos.

Este curse se da per lo menos una vez al ano, de preferencia cuando se acerca el cambio de horario Verano-lnvierno.

3M y Hines mantienen estrecha relation con asociaciones del ramo, come es el Institute Mexicano del Edificio Inteligente, participando activamente en platicas, curses, actualizaciones y conferencias relacionadas al Ahorro de Energia y su tendencia mundial.

De manera interna 3M y Hines mantienen capacitado a su personal per medio de curses, conferencias y practicas tecnicas con el fin de contar con personal de calidad en la rama de ahorro de energia, ademas de integrarlo y cerrar el circulo con la Seguridad Electrica y las Practicas Seguras de Trabajo.

Per medio de la red interna de compute, con la que cuenta el edificio de 3M Mexico, se manda information y avisos a todos los empleados, via Lotus Notes, sobre estrategias que se estan implementando para el use adecuado de los recursos y materiales que requieren para su trabajo, dando a conocer cual seria el beneficio que se tendria si respetaran dichas estrategias.

De esta manera se les ha informado a que se debe el cambio de horarios en la iluminacion, sistema de aire acondicionado y come beneficiaria el cambio de horario verano- lnvierno.

Se involucra activamente a todos los usuarios del edificio a usar la aplicacion llamada Metatel, a traves de la cual en case de requerir iluminacion en su lugar de trabajo y fuera del horario de oficina, pueda prender automaticamente la iluminacion de su zona de trabajo, via telefonica, apagandose esta una hora despues.

Monitoreo de Energia per PC

• Tecnologia de Aplicacion.

La tecnologia con la que cuenta el corporative de 3M Mexico es de la mas alta calidad y de gran avance tecnologico en sus respectivas areas, por ejemplo, toda la red de control es de Johnson Controls, los variadores de frecuencia son Allen Bradley con arrancadores Westing House, las unidades enfriadoras de aire son McQuay, las unidades de aire condicionado del site sistemas y telecomunicaciones son Liebert, las plantas de emergencia son IGSA, los

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elevadores son Kone, los tableros deiluminacion son Square D, los flitres de armonicas son Current Technology, lossupresores de picos son InnovativeTechnology, los UPS son Savin, lostransformadores son Prolec, los controles de dimeo son Lutron, etc.

Control y monitoreo de Armonicas

Per lo tanto el equipo de medicion que se usa, tambien es de alta calidad yconfiabilidad, se tienen instalados 2medidores Power Logic, marca Square Dserie 2000 en los tableros de los transformadores principales de laSubestacion y Plantas de Emergencia.

Monitoreo de Subestacion via Power Logic

Con estos equipos se miden en tiempo real todos los parametros electricos, como son Potencia Real, Potencia Aparente y Potencia Reactiva, Voltaje entre fases, Voltaje fase- neutro, Corriente de linea, Frecuencia, Factor de potencia, Temperatura, Nivel de armonicas, etc., estos equipos cuentan con un puerto de comunicacion RS 485 para computadora y tiene una precision del 99.98%.

Control de transientes de voltaje y corriente

La frecuencia de calibracion de los equipos no se establece como tal, sine que al exist!r una variation respecto a las mediciones de Luz y Fuerza inmediatamente se re visa el equipo y se precede a su calibracion.Estos equipos de medicion estan integrados al sistema Metasys, para poder llevar a cabo el monitoreo desde las estaciones de trabajo de la red de control del edificio.

• Tecnologias Propias

Independientemente de los sistemas de control que se tienen en el corporative de 3M, como son el sistema Metasys para control de aire acondicionado y detection de incendio, el sistema CasiRusco para control de acceso y CCTV, el sistema Kone para elevadores, etc., los cuales optimizan la operation de los diferentes equipos que controlan; se han implementado tecnologias de vanguardia en lo que a materiales de construction y acabados se refiere, de los cuales parte de ellos nos sirven para el ahorro de energia, como es el case del material Silverlux ore ado per 3M Mexico, el cual ayuda a una mejor reflexion de la luz y per lo tanto a un mejor aprovechamiento de la misma, reduciendo asi el numero de luminarias instaladas en los pisos.

CONCLUSIONES

Antes de implementar las estrategias de ahorro de energia electrica se tenia un consume promedio mensual 207,845 Kwh., registrandose demandas maximas promedios de 365 Kw., 709 Kw. y 429 Kw. en horarios Base, Intermedio y Punta respectivamente, los cuales daban una demanda facturable

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promedio de 513 Kw. y un factor de potencia promedio de 94.40%.

Despues de la implementation de las acciones y estrategias de ahorro de energia se obtuvo un consumo promedio mensual de 203,250 Kwh., registrandose demandas maximas promedios de 584 Kw., 727 Kw. y 330 Kw. en horarios Base, Intermedia y Punta respectivamente, los cuales dan una demanda facturable promedio de 450 Kw. y un factor de potencia promedio de 93.92%.

Resumen de ahorros y resultados

REFERENCES

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NFPA 70E-1995Standard for Electrical SafetyRequirements for employees Workplaces

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Bronze Book IEEE Std 739 1998 Recommended Practices for Energy Management in Industrial and Commercial Facilities

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