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En los últimos años, laComisión Federal deElectricidad (CFE) y elFideicomiso para el Ahorro deEnergía Eléctrica (Fide) hancontratado al Instituto deInvestigaciones Eléctricaspara el monitoreo y el análisisde consumo de diversos tiposde usuarios: domésticos,comerciales e industriales.

S

Variables que influyenen el consumo deenergía eléctrica

Introducción

e dice que cuando se implementa unprograma de ahorro y uso eficiente dela energía eléctrica debe ser negociopara tres: usuario, sociedad y empresaeléctrica.

En lo que respecta al usuario, sutoma de decisión es muy simple: meresulta más barato o más caro.Desafortunadamente, en muchos de loscasos se quiere un tiempo de retornomuy corto o no se cuenta con el dineronecesario para la inversión inicial. Porejemplo, una lámpara incandescentecuesta varias veces menos que unalámpara fluorescente compacta, perosi se hace el cálculo en el tiempo devida y la reducción en consumo de lalámpara fluorescente compacta,podemos concluir que ésta es másrentable.

El beneficio para la sociedadpuede verse desde muy diversos

aspectos, siendo el más importante la conservación de losrecursos naturales y el medio ambiente.

Desde el punto de vista de la empresa, los posibles factoresde más peso son el diferimiento de inversiones y laconfiabilidad del sistema. Sin embargo, cuando las empresaseléctricas apoyan o promueven programas de administracióndel lado de la demanda (ALD, DSM por sus siglas en inglés,Demand Side Management) algunas veces los proyectos noson rentables financieramente, pero ganan impactando en elusuario al crear una conciencia de ahorro y uso eficiente dela energía: se invierte en el corto plazo y se gana en el largoplazo.

En los últimos años, la Comisión Federal de Electricidad(CFE) y el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica(Fide) han contratado al Instituto de Investigaciones Eléctricaspara el monitoreo y el análisis de consumo de diversos tipos deusuarios: domésticos, comerciales e industriales.

Los resultados obtenidos muestran que es posible inferir, apartir de valores agregados de consumo, cuáles son losprincipales usos finales que impactan en el consumo.

Sin embargo, si se requiere de un análisis beneficio/costoal implementar medidas de ahorro y uso eficiente de energía, esnecesario un conocimiento detallado de las formas deconsumo por usos finales.

Gaudencio Ramos Niembro,Raúl Fiscal Escalante,Martín Maqueda Zamora,Jesús Sada Gámiz yHoracio Buitrón Sánchez

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En el presente trabajo se muestrala importancia que tiene el monitoreode la forma de uso de la energía endiferentes tipos de usuarios, parapoder tomar decisiones de programasde ALD, en muy diversos escenarios:ciudades, tipos de usuarios, niveles deingresos, etcétera.

Marco de referenciaSe tiene previsto que el sector eléctricoen el mundo y en los próximos treintaaños tenga un crecimiento importante.Incluso cuando en la actualidad lacapacidad instalada de los países deltercer mundo es de sólo la quinta partede la generación total, se espera que sucrecimiento sea del orden de 6% a 9%en los próximos años, mientras que enlos países del primer mundo será desólo 2% y 3% [Jhirard, David, 1994].

En cuanto a las causas delcrecimiento, es lógico que el nivel deequipamiento crezca más rápidamenteen los países en vías de desarrollo queen los industrializados. Sin embargo,los recursos financieros que serequieren para mantener elcrecimiento requerido no existenactualmente ni en los países ni en losfondos internacionales [Rabl, Verónicaet al., 1991].

Lo anterior lleva entonces aplantear la gran incógnita: ¿cómo sevan a cubrir los diferenciales entrecapacidad instalada y demandarequerida?

El término ALD, que se conocedesde principios de los años setenta,tiene por objeto administrar elconsumo de la energía, no desde ellado del crecimiento del sistemaeléctrico (ley de la oferta y lademanda), sino desde el lado delusuario, es decir, buscando formasalternas, eficientes técnica yeconómicamente, para consumir laenergía eléctrica.

El éxito de los programas de ALD,que se ha reflejado en una reducción

de la demanda, ha sido muy discutidodesde muy diversos puntos de vista.Por ejemplo, los aspectos quecomúnmente se debaten son: enmuchos casos las soluciones no son nisimples ni sencillas; se requiere unaparticipación mayor de la sociedad; sedeben establecer límites apropiadospara incentivos; en algunos sectores,donde la energía es subsidiada, losprogramas son viables técnicamente,pero no desde el punto de vistaeconómico para el usuario; ¿se estácreando verdaderamente una concienciade eficiencia energética o sólo es unamoda?; ¿únicamente se implementanprogramas cuando existen apoyoseconómicos o ya se cuenta con unacultura energética?; etcétera.

En los Estados Unidos de América,era muy común en la época del boomde la ALD encontrar que las empresaseléctricas en sus informes anualesestablecían metas de programas deALD, indicando los costos en los queincurrían y los beneficios que de ellosse esperaba obtener. Más aún,conforme los programas crecían enmagnitud, costos y posibilidades, lamedición de sus efectos yredituabilidad alcanzaban unaimportancia mayor [Hirst, Eric et al.,1992]. En otras palabras, aparecían

grandes interrogantes de carácter vital:¿están los programas de ALDproduciendo ahorros de energía y lasreducciones en demanda esperadas?,¿son redituables estos programas paralos clientes y para la empresa?, ¿qué sepuede hacer para aumentar laparticipación en los programas, bajar suscostos e incrementar las reducciones enconsumo y en demanda?

Para cumplir con tal objetivo esnecesario evaluar el beneficio/costo delos programas de ALD. En este caso sepodría preguntar ¿qué es evaluación?Hirst, en 1990, la definió como lamedición sistemática de la operación ydesempeño de los programas. En otraspalabras, la evaluación depende demediciones objetivas y no deevidencias anecdóticas e impresionespersonales. Más aún, éstas debenrealizarse antes y después deimplementados los programas, si no serámuy difícil tener un verdaderoconocimiento de los ahorros.

Por ejemplo, si no se conoce laforma de uso de un usuario domésticoque participa en un programa de ALDantes y después, no se podrá saber enforma clara y precisa el impacto en lademanda después de implementada lamedida. Posiblemente, si se comparanlos recibos antes y después deimplementada la medida se detecte uncambio en el consumo, pero ¿es éste elreal? ¿modificó su forma de consumo elusuario? ¿existieron otros factores quemodificaron su consumo?

Variables que influyen en elconsumoExisten programas de cómputo quepermiten modelar tanto elcomportamiento de los usuarios[Ramos, Gaudencio et al., 1998] comoel impacto de programas de ALD[Humprog y Nicol, 1971] bajodiferentes escenarios. Estasherramientas son muy valiosas parahacer el pronóstico del ahorro al

El término ALD, que seconoce desde principios delos años setenta, tiene porobjeto administrar el consumode la energía, no desde ellado del crecimiento delsistema eléctrico (ley de laoferta y la demanda), sinodesde el lado del usuario, esdecir, buscando formasalternas, eficientes técnica yeconómicamente, paraconsumir la energía eléctrica.

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aplicar medidas de ahorro y usoeficiente de energía en el marco deprogramas de ALD. Sin embargo,cuando se quieren conocer los ahorrosreales, la única forma es monitorear alos usuarios, por lo cual, seránecesario medir antes y después deimplementadas las medidas. Si esto nose hace, se hablará de “rangos deahorro“ o “ahorros esperados“, conlos errores que esto implica.

A continuación se comentan lasvariables que mayor impacto tienen enel consumo.

Clima. Esta variable esdefinitivamente la más importante en elconsumo de energía debido a que losusuarios deben o no contar conequipamiento para el

acondicionamiento del espacio. EnMéxico, su gran variedad a lo largo yancho del territorio nacional va desdelos climas cálidos húmedos de lascostas hasta los cálidos secos enalgunas ciudades del país. Laimportancia de esta variable radica enel hecho de que los usuariosdomésticos, particularmente, puedenllegar a consumir hasta 10 o más vecesenergía en el verano, comparándolocon su consumo en invierno. El cuadro1 muestra el por ciento de usuarios,por rango de consumo, de lospromedios durante seis meses: veranoe invierno.

Época del año. Se acostumbrahablar de época de verano comoaquélla con un mayor periodo de caloren los meses de julio y agosto. Sinembargo, el país presenta una granvariedad de periodos de verano, si sele puede llamar de esta forma. Enefecto, la latitud del territorio nacional

va de los 15° a los 32° norte, teniendoen el 23.5° el Trópico de Cáncer,donde el 21 de julio los rayos solaresinciden perpendicularmente en estepunto. Por tal motivo, las tarifas de laCFE aplicables a climas extremososduran seis meses, pero en diferentesépocas del año. El cuadro 2 muestraque algunas ciudades, localizadas en elsur inician muy temprano su “periodode verano“, mientras que en otrasempieza posteriormente.

Nivel de ingresos. Aun cuando laCFE considera en sus tarifas diversosrangos de consumos y costos enfunción de las condiciones climáticas,existe una gran variedad de niveles deingresos, los cuales definen el tipo ynivel de equipamiento de los usuarios.El ventilador es utilizado en todaspartes; el enfriador evaporativo enzonas de clima cálido seco y el aireacondicionado en climas cálido seco ycálido húmedo. Éstos se utilizan en sus

Aparecían grandesinterrogantes de carácter vital:¿están los programas de ALDproduciendo ahorros deenergía y las reducciones endemanda esperadas?, ¿sonredituables estos programaspara los clientes y para laempresa?, ¿qué se puedehacer para aumentar laparticipación en losprogramas, bajar sus costos eincrementar las reduccionesen consumo y en demanda?

Parcial 21.59 22.47 44.64 11.03 0.23 0.04

Acumulado 21.59 44.06 88.70 99.73 99.96 100.00

Parcial 13.16 9.00 36.70 36.46 4.00 0.68

Acumulado 13.16 22.16 58.86 95.32 99.32 100.00

Invierno

Verano

0-75 76-125 126-300 301-1 000 1 000-2 000 2 001 o másRango de consumo (kWh/mes)

CUADRO 1Por ciento de usuarios, por rango de consumo en invierno y en verano, en climas calurosos.

febrero-julio abril-septiembre mayo-octubreTapachula, Chiapas xChetumal, Quintana RooVeracruz, Veracruz

Monterrey, Nuevo León xHermosillo, SonoraCiudad Juárez, Chihuahua

Mexicali, Baja California x

PeriodoCiudades ejemplo

CUADRO 2

Ciudades ejemplo del periodo de verano.

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dos modalidades: de ventana o central.En los ejemplos que se muestrenposteriormente se verá cómo estáligado el tipo de equipo al consumo.

Forma de uso de los equipos ohábitos. Cuando se simula el

comportamiento térmico de una casa, sedebe definir con mucho detalle elrégimen de operación del equipo, enfunción del tamaño de la familia y de laocupación de la casa; es decir, el horariode presencia/ausencia de los ocupantes.Por otro lado, es importante considerarqué se entiende por confort, debido aque éste varía mucho de persona apersona; para fines de cálculo, seconsidera confort, por ejemplo, cuandola temperatura al interior de la viviendano excede los 25°C y para ello se usa aireacondicionado. En el caso de México nose cuenta con esta información, peropuede ser tan variable como se muestraen la figura 1, la cual corresponde a unestudio realizado en diversas ciudadesdel mundo; el caso extremo es Bagdad,donde una persona se siente confortablea una temperatura de 38°C [Humprey yNicol, 1971].

En el caso de México, la diferenciade nivel de ingresos, combinada con loshábitos y costumbres hace más difícil laclasificación de usuarios. Se tienepensado iniciar estudios de monitoreo endiversas ciudades del país y en un futurocercano se podrá tener una clasificación

detallada en las diferentes regiones. Esde mencionarse que, cuando se habla deequipos diferentes del aireacondicionado, y particularmente al usocombinado de ellos, ligado con lascostumbres y los hábitos de los usuarios,los patrones de comportamiento debenconsiderarse por separado, tomandotambién en cuenta las diferentesregiones del país. En un estudio recientepublicado en los Estados Unidos, semuestran curvas, medidas directamentede los usuarios, donde se puedeobservar el consumo de aireacondicionado, en función de latemperatura; en otras palabras, dadoque la mayoría de las casas cuentan conaire acondicionado y que éste opera conbase en el termostato y no de formamanual (cuando las personas están en lacasa, cuántas son, y si el equipo es detipo ventana) es posible generalizar elconsumo de energía eléctrica [Eto,Joseph et al., 1997].

Resutados del monitoreoUtilizando como información basemediciones realizadas a diversosusuarios en el país, a continuación semuestran los resultados obtenidos,tratando de mostrar el impacto de lasdiferentes variablesantes mencionadas.

a) Localizacióngeográfica. Las figuras2 y 3 muestran losconsumos de energíamensuales en dosciudades extremas. Lafigura 2 corresponde ausuarios en una ciudadcon clima templado,donde su consumo esmuy similar todos losmeses, pues no serequiere de equipo paraclimatización. La figura3 muestra el casoextremo donde hayusuarios que utilizan

desde ventiladores hasta aireacondicionado tipo central. Es de notarseque los consumos promedio en época deinvierno son similares en ambasciudades.

b) Usuarios que no les afecta elclima. La figura 4 presenta las curvas deconsumo de un usuario que vive en climatemplado durante los meses de verano.Excepto por algunos pequeños cambiosen las mañanas, no existe cambio algunoen sus consumos.

c) Usuarios que utilizan algúnequipo para acondicionamiento. Lasfiguras 5, 6 y 7 muestran el caso típico detres usuarios: uno tiene comoequipamiento un ventilador; otro, airelavado, y el tercero, aireacondicionado. Es de notarse en estoscasos el consumo en exceso, entre elinvierno y el verano, como entre ellosmismos. Otro aspecto que resalta enlos usuarios con ventilador y airelavado es que su carga por elequipamiento es constante, mientrasque la del usuario de aireacondicionado tiene una tendenciasenoidal, la cual sigue a latemperatura.

La figura 8 muestra algunos mesesde transición entre el invierno y el veranodel usuario que utiliza como equipo de

Cuando se quieren conocerlos ahorros reales la únicaforma es monitorear a losusuarios, por lo cual, seránecesario medir antes ydespués de implementadaslas medidas. Si esto no sehace, se hablará de “rangosde ahorro“ o “ahorrosesperados“, con los erroresque esto implica.

*

Mucho muy caliente

Muy caliente

Confortablemente caliente

Confortablemente frío

Muy frío

Extremadamente frío

Neutro

Inglaterra grupo 1Inglaterra grupo 2BagdadRoorkeeSingapurBedford*

16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 38 40

Temperatura promedio en oC

7

6

5

4

3

2

1

0

Calificación de confort de cada persona

FIGURA 1Confort de diversas personas a diferentes temperaturas.

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acondicionamiento unenfriador evaporativo.Además de los cambios demagnitud en demanda, eluso de este equipo esconstante a lo largo del díasin importar el mes.

d) Usuarioscomerciales. En lasfiguras 9, 10 y 11 semuestran tres usuariostípicos comerciales:minisuper y unrestaurante. En los trescasos su comportamientoa lo largo del día es muy

similar: tanto en las noches como en eldía su carga es constante, o casi, unabaja en la noche y otra alta en el día. Lade la noche corresponde a los equiposde iluminación y conservación dealimentos, y la del día a iluminaciónpropia del negocio, a la de conservaciónde alimentos y a la carga del equipo deaire acondicionado.

ConclusionesLa información presentada muestracómo impacta el clima en el consumo deenergía eléctrica en los usuarios.Mientras que en el invierno la curva decarga es de la misma forma y casi de la

Mes

Usuario 3Usuario 6

2 000

1 500

1 000

500

0

+ Usuario 2Usuario 1

Usuario 4**

Usuario 5

FIGURA 3

Usuarios con mayor impacto en su consumo por

efecto de clima.

Consumo mensual (kWh)

E F M A M J J S O N D

FIGURA 4

Usuarios a los que no les afecta el clima en el consumo

en la época del verano.

Consumo (kWh)

Hora

Consumo (kWh)

Hora

FIGURA 5

Usuarios con ventilador, en invierno y verano

FIGURA 6

Usuarios con enfriador evaporativo en invierno

y en verano.

Hora

Consumo (kWh)

E F M A M J J A S O N D

350

300

250

200

150

100

50

0

Mes

Consumo mensual (kWh)

+Usuario Usuario2 Usuario3 Usuario4 Usuario5

FIGURA 2Usuarios sin impacto en su consumo por efecto de clima.

+

+++

+

++

+

+++

+

+

+ ++

++

+++

++

+

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En el caso de México, ladiferencia de nivel deingresos, combinada con loshábitos y costumbres hacemás difícil la clasificación deusuarios.

misma magnitud en todos losusuarios sin importar lalocalización geográfica, en laépoca del verano, sus consumosdependen, además del clima, delnivel de ingresos, de los hábitosy de otros muchos factores.También, en las ciudades conequipamiento para el verano elconsumo depende del tipo deequipamiento: mientras que enunos casos es constante,independientemente de latemperatura horaria, en otros síexiste correlación. El cuadro 3

muestra, para ciertas regiones del país, ladistribución de usuarios por tipo deequipamiento.

Esta pequeña muestra deja muyclaro que debido a un número

Hora

FIGURA 7

Usuarios con equipo de aire acondicionado,

controlado con termostato en las noches y

apagándolo en las tardes.

Consumo (kWh)

FIGURA 10

Carga típica de un minisuper de alto consumo.

Hora

kWh

FIGURA 11

Carga típica de un restaurante de

consumo intermedio.

Hora

kWh

FIGURA 8

Usuarios con enfriador evaporativo, comparando

las diversas formas de consumo en varios meses de

verano.

Hora

Consumo (kWh)

FIGURA 9

Carga típica de un minisuper de bajo consumo.

Hora

kWh

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importante de variables que influyen enel consumo es necesario desarrollar unacampaña de monitoreo que permitaconocer con bastante exactitud losfactores que influyen en el consumo.

Dicha información permitiráapoyar los programas de ALD que sedeseen implementar, con objeto deseleccionar los adecuados tanto paralos diferentes grupos de usuarioscomo para las ciudades.

En el futuro, esta informaciónpodría también servir para laplaneación del crecimiento del sistemaeléctrico regional y nacional, y para eldespacho económico, tal y como sehace en otros países.

ReferenciasA. Rabl, Veronika y Clark, W. Gellings,Administration of DSM in the USA: ananalysis of the situation, EPRI, 1991.

Eto, Joseph y Mithra Moezzi, Meteredresidential cooling loads: comparison ofthree models, IEEE Transactions on PowerSystems, vol 12, núm. 2, mayo de 1997.

Hirst, Eric y John, Reed Evaluation ofDSM programs, Oak Ridge NationalLaboratory, 1992.

Humprey y Nicol, Thermal confort officeworkers, Inglaterra, 1971.

J. Jhirard, David, Strategies forsustainable development of the powersector in developing countries, U.S.AID, 1994.

Ramos, Gaudencio et al., “Simulación deescenarios de ahorro y uso eficiente deenergía con medidas de control pasivo”,Revista FIDE, año 7, núm. 28, 1998.

GAUDENCIO RAMOS NIEMBRO

Obtuvo el título de ingenieromecánico electricista del InstitutoTecnológico y de Estudios Superioresde Monterrey (ITESM), campusMonterrey (1969) y la maestría y eldoctorado en la especialidad decontrol automático en el InstitutoPolitécnico de Grenoble, Francia(1972 y 1975 respectivamente).Ingresó como investigador al IIE en1978. Actualmente es investigador dela Unidad de Usos de la EnergíaEléctrica. Ha publicado más decincuenta trabajos en diversos forosnacionales e internacionales.Pertenece al Sistema Nacional deInvestigadores y a la AcademiaNacional de Ingeniería.

RAÚL FISCAL ESCALANTEIngeniero industrial eléctricoegresado del Instituto Tecnológico deDurango (1982) y maestro eningeniería eléctrica con opción ensistemas de potencia por el InstitutoTecnológico de La Laguna (1985).

En 1985 ingresó al IIE, en donde seha desempeñado como investigadoren diversas áreas, entre ellas, en eldiseño de aislamiento de máquinaseléctricas rotatorias, en normas deeficiencia energética en equipos deaire acondicionado y enadministración de la demanda.Actualmente forma parte de laUnidad de Usos de la EnergíaEléctrica.

MARTÍN ROBERTO MAQUEDAZAMORAIngeniero en electrónica egresado dela Universidad AutónomaMetropolitana (UAM), unidadAzcapotzalco (1990). Ingresó al IIEen 1990, donde actualmente esinvestigador de la Unidad de Usos dela Energía Eléctrica. Ha trabajado endiversos proyectos sobreinstrumentación y control, ymonitoreo de consumos eléctricos enusuarios de electricidad.

JESÚS SADA GÁMIZIngeniero mecánico y eléctrico por elInstituto Tecnológico y de EstudiosSuperiores de Monterrey (ITESM),campus monterrey (1955), y maestroen ingeniería eléctrica (1957) por laUniversidad de Enserhg, Grenoble,Francia, y en ingeniería de sistemas depotencia (1962) por la UniversidadG.E. Shenectady, Nueva York, conespecialidad en sistemas de potencia yahorro de energía. Ingresó a laComisión Federal de Electricidad en1959. Actualmente trabaja en lagerencia del PAESE. Ha sido titular en:

Rangos de consumo Tipo de equipamiento Por ciento del total de usuarios(kWh/mes)

0-249 Ventilador 37.6250-1 000 Aire lavado 55.0más de 1 000 Aire acondicionado 7.4

100

CUADRO 3Caracterización del tipo de equipamiento a partir de los rangos de consumo.

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Operación Sistema Occidental (1962),en Operación Nacional de Sistemas(1966), en el Despacho Nacional deCarga (1977) y en el Centro Nacionalde Control de Energía (1977). Tienediversas publicaciones sobresistemas de potencia yracionalización de la demanda.

HORACIO BUITRÓN SÁNCHEZIngeniero eléctrico (1971) por laESIME del Instituto Politécnico

Nacional (IPN). Ingresó a la CFE en1977, en donde ha trabajado ensistemas de potencia, de controlindustrial y en ahorro y uso eficientede la energía eléctrica. Actualmente esSubgerente de Desarrollo del Programade Ahorro de Energía del SectorEléctrico PAESE. Fue profesor titular dela ESIME (1971 a 1991), y desde 1988es profesor titular en la UAM en lacarrera de ingeniería eléctrica. Hapublicado dos libros: Operación,

control y protección de motoreseléctricos, Editores HP, Libros Técnicos,2a. edición, 1983; Fundamento deservosistemas lineales, EditorialLimusa. Es miembro del CIME (Colegiode Ingenieros Mecánicos y Eléctricos),del ATPAE (Asociación de Técnicos yProfesionistas de Ahorro y UsoEficiente de Energía) y de la AcademiaMexicana de Ingeniería Ambiental.1