Proyecto Ahorro de Energía Eléctrica

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS
DIVISIÓN DE PROGRAMAS ESPECIALES
LICENCIATURA EN COMPUTACIÓN
SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE EL USO DEL COMPUTADOR
PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO
EN EL HOGAR Y LA OFICINA
Proyecto de Investigación presentado como requisito
para optar al título de Licenciado en Computación
Autor: Jesús Alfredo Becerra Verdejo
Asesor: Prof. Sigerist Rodríguez
Maracaibo, Marzo 2005
SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE EL USO DEL COMPUTADOR
PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO
EN EL HOGAR Y LA OFICINA
______________________________
Br. Jesús Alfredo Becerra Verdejo
C.I.: 16.355.635
Teléfonos.: +58-261-7238397 y +58-416-4667962
Dirección: Av. 18B, #105A-87, Sector El Poniente,
detrás del Terminal de Pasajeros;
Maracaibo, Edo. Zulia, Venezuela
E-mail: [email protected]
______________________________
Prof. Sigerist Rodríguez
C.I. 12.443.029
E-mail: [email protected]
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN........................................................................................................................ 7
ABSTRACT....................................................................................................................... 8
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. 9
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA......................................................................................... 11
1. Planteamiento del problema....................................................................................... 11
2. Formulación del Problema.......................................................................................... 21
3. Objetivos de la Investigación...................................................................................... 21
3.1. Objetivo general................................................................................................... 21
3.2. Objetivos específicos........................................................................................... 21
4. Justificación de la Investigación.................................................................................. 22
5. Delimitación de la investigación.................................................................................. 22
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO.................................................................................. 24
1. Antecedentes de la Investigación............................................................................... 24
2. Bases Teóricas........................................................................................................... 35
2.1. Sistemas de Control: aspectos generales sobre sus diversos usos....................36
2.2. Definiciones en el campo de la Teoría de Control............................................... 36
2.2.1. Variables controladas y manipuladas........................................................... 36
2.2.2. Plantas......................................................................................................... 37
2.2.3. Procesos...................................................................................................... 37
2.2.4. Perturbaciones............................................................................................. 37
2.2.5. Control Retroalimentado.............................................................................. 37
2.2.6. Sistemas de control retroalimentado............................................................ 38
2.2.7. Servosistemas.............................................................................................. 38
2.2.8. Sistemas de regulación automática............................................................. 38
2.2.9. Sistemas de control de procesos................................................................. 39
2.2.10. Sistemas de control de lazo cerrado.......................................................... 39
2.2.11. Sistemas de control de lazo abierto........................................................... 39
2.2.12. Comparaciones entre sistemas de lazo cerrado y abierto......................... 40
2.2.13. Sistemas de control adaptables................................................................. 41
2.2.14. Sistemas de control con aprendizaje......................................................... 41
2.3. Clasificaciones de los sistemas de control.......................................................... 42
2.3.1. Lineales versus no lineales.......................................................................... 42
2.3.2. Invariantes en el tiempo versus variables en el tiempo................................ 43
2.3.3. De tiempo continuo versus de tiempo discreto............................................ 43
2.3.4. Con una entrada y una salida vs múltiples entradas y múltiples salidas......43
2.3.5. Con parámetros concentrados versus con parámetros distribuidos............ 44
2.3.6. Determinísticos versus estocásticos............................................................ 44
2.4. Representación gráfica de los sistemas de control............................................. 44
2.4.1. Diagramas de bloques................................................................................. 44
2.4.2. Gráficos de flujo de señal............................................................................. 45
2.5. Principios básicos de diseño de sistemas de control.......................................... 46
2.5.1. Requisitos generales.................................................................................... 46
2.5.2. Teoría de control moderna versus clásica................................................... 46
2.5.3. Modelado matemático.................................................................................. 47
2.5.4. Análisis y diseño de sistemas de control...................................................... 48
3. Revisión de la literatura.............................................................................................. 49
4. Sistema de Variables.................................................................................................. 54
4.1. Definición de las variables.................................................................................. 54
4.1.1. Ahorro Eléctrico............................................................................................ 54
4.1.2. Sistema de Control Automatizado................................................................ 56
4.2. Operacionalización de las variables.................................................................... 58
5. Definición de Términos Básicos................................................................................. 59
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO.................................................................... 61
1. Tipo de Investigación.................................................................................................. 61
2. Modalidades del Estudio o Diseño de Investigación................................................... 62
3. Población de la Investigación..................................................................................... 64
4. Muestra de la Investigación........................................................................................ 65
5. Técnicas o instrumentos de Recolección de Datos.................................................... 67
6. Metodología a utilizar.................................................................................................. 70
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO................................................................... 76
1. Recursos Humanos.................................................................................................... 76
2. Factibilidad Económica............................................................................................... 76
3. Factibilidad Legal........................................................................................................ 77
4. Factibilidad Técnica.................................................................................................... 78
5. Factibilidad Operativa................................................................................................. 78
6. Recursos Administrativos........................................................................................... 79
7. Cronograma de actividades........................................................................................ 82
ÍNDICE DE REFERENCIAS........................................................................................... 85
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Tabla No 01. Producción y consumo de electricidad en Venezuela............................... 15
Tabla No 02. Aumento de las tarifas del 2001................................................................ 16
Tabla No 03. Operacionalización de las Variables......................................................... 58
Tabla No 04. Tabla para la determinación de una muestra............................................ 66
Tabla No 05. Gastos de Personal................................................................................... 79
Tabla No 06. Recursos, Materiales y Suministros.......................................................... 81
Tabla No 07. Transporte de recursos y/o viajes necesarios........................................... 81
Tabla No 08. Servicios a ser contratados....................................................................... 81
Tabla No 09. Resumen de fondos necesarios................................................................ 81
Tabla No 10. Cronograma de Actividades...................................................................... 83
Figura 01. Sistema de control básico, representado por un diagrama de bloques.........45
Figura 02. Ejemplo de un gráfico de flujo de señal......................................................... 46
Figura 03. Actividades principales del modelo en espiral............................................... 74
Becerra Verdejo, Jesús Alfredo. “Sistema de Control mediante el Uso del
Computador para la Optimización del Consumo Eléctrico en el Hogar y la
Oficina”. Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad Experimental de
Ciencias. División de Programas Especiales. Licenciatura en Computación. Maracaibo.
Venezuela. 2005. 88 p.
RESUMEN
El objetivo de este proyecto de investigación consiste en el diseño e implantación de un
completo sistema de control que automatice las tareas de encendido y apagado de los
principales equipos eléctricos existentes en el hogar y en la oficina. Será una propuesta
de automatización muy económica. Estará basada en la teoría de los sistemas de
control. Además, también implementará un subsistema de simulación de presencia en
hogares y oficinas, lo cual constituirá un apartado dedicado a la seguridad de estos
recintos. La determinación de los equipos eléctricos a ser controlados será realizado
mediante un cuestionario aplicado a una población definida. Otra de las principales
actividades será también la de seleccionar la interfaz más adecuada entre dicho
sistema de control y los equipos a ser controlados.
Palabras Clave: Control, Sistema, Energía, Iluminación, Optimización.
Dirección electrónica: [email protected]
Becerra Verdejo, Jesús Alfredo. “Sistema de Control mediante el Uso del
Computador para la Optimización del Consumo Eléctrico en el Hogar y la
Oficina”. Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad Experimental de
Ciencias. División de Programas Especiales. Licenciatura en Computación. Maracaibo.
Venezuela. 2005. 88 p.
ABSTRACT
The objective in this research proyect consists of the design and implantation of a
complete control system, that it automates the on/off tasks of the main existing electrical
equipment in home and office. It will be a automatization proposal really cheap. It will be
based on control system theory. In addition, also it will implement a simulation
subsystem of presence in homes and offices, which will constitute a section dedicated
to the security of these enclosures. The determination of the electrical equipment to
being controlled it will be made by means of a applied questionnaire to a defined
population. Another one of the main activities will be also the one to select the most
suitable interface between that control system and the equipment to be controlled.
Keywords: Control, System, Energy, Illumination, Optimization.
E mail: [email protected]
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación ofrecerá al lector una propuesta que permitirá
obtener una de las tantas respuestas a un problema de gran envergadura existente a
nivel mundial. Se trata del despilfarro eléctrico. La energía eléctrica, un recurso muy
necesario en esta época, pero del que poco se le presta atención, está sufriendo una
especie de desabastecimiento, a causa de la demanda exagerada por parte de los
usuarios de las compañias de electricidad. En los últimos tiempos, gran parte de esa
demanda corresponde a usos completamente innecesarios, tal como la gran existencia
de equipos encendidos sin que nadie los esté utilizando. A esta problemática también
se une la poca importancia a las tarifas de electricidad, y la adquisición de una cantidad
cada vez mayor de aparatos eléctricos para el hogar y la oficina. Todo esto ha
conducido a una total indiferencia hacia un conveniente ahorro de la energía, con la
conciencia de que pareciera un recurso de cantidades infinitas, y siempre disponible; lo
cual no es cierto. La sociedad está tan inmersa en las bondades que la energía
electrica ofrece que, sólo en momentos de averías, fallos y colpaso, nos damos cuenta
de lo indispensable que resulta para nuestras vidas hoy en día, y lo poco que haríamos
si ésta llegara a faltarnos.
Urge la necesidad de crear propuestas como la que aquí se presentará: que sea
económicamente rentable de implantar, y que sus frutos redunden en un mejor
aprovechamiento de la electricidad.
Se tratará entonces en el presente proyecto de un completo sistema de control, que
será operado a través de un computador sencillo, el cual ayudará a quien lo implante
(tanto en su hogar como en su oficina) a establecer horarios de encendido y apagado
de los principales equipos eléctricos que más consumen energía. Recibirá las órdenes
suministradas por el dueño del sistema, y dicho sistema actuará de forma
completamente automática. Por tal razón, será una solución al problema del gasto
energético basado en la personalización: el usuario podrá configurarlo a su gusto, y él
mismo decidirá la cantidad de tiempo en la cual sus principales aparatos eléctricos
funcionarán.
Esta propuesta estará enmarcada en un diseño de investigación del tipo proyecto
factible, lo cual indica que se ha de desarrollar una solución puntual a un problema en
particular.
10
El lector podrá darse cuenta, a través de la lectura de estas páginas, de la situación
presente en materia de crisis de energía eléctrica. También podrá observar las diversas
soluciones planteadas en determinados países, la mayoría con miras a un control
manual (es decir: consciente y voluntario) por parte de los usuarios de los equipos
eléctricos en general, así como también de la escogencia e instalación de equipos que
provean un consumo menor con una mayor prestación (tal como las luces
fluorescentes compactas comparadas con las luces incandescentes).
Este proyecto aprovechará el poco desarrollo del tema de la optimización del consumo
eléctrico en Venezuela, específicamente en Maracaibo, en donde, por ser una ciudad
extremadamente calurosa, los gastos de electricidad son enormes, y cada vez son
mayores. Se presentará entonces esta propuesta como una alternativa novedosa a los
métodos tradicionales y básicos de ahorro de electricidad.
Abarcará (en el capítulo referente al marco teórico) toda una extensa teoría de los
sistemas de control, de donde se sustentará este proyecto para abordar, de una
manera científica y efectiva, el modelo de control de aparatos y dispositivos mediante
sistemas diseñados para tal fin.
Se hará referencia a una indagación (en una población completamente definida) sobre
los principales equipos consumidores de energía eléctrica que más requieren de ésta,
para que así la investigación tome un rumbo específico, destinada a desarrollar un
completo sistema que controle y/o dirija precisamente a dichos equipos de alto
consumo eléctrico.
Es de esperarse que esta investigación enriquezca el vasto mundo de los sistemas de
control, así como también invite a otros investigadores al desarrollo de otros proyectos
similares que, teniendo el mismo enfoque o quizás otro muy distinto, se dediquen a
resolver el complejo problema del gasto eléctrico que cada vez más va en aumento.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1. Planteamiento del problema.
Durante gran parte de su evolución, el hombre ha realizado todos los esfuerzos físicos
con la energía proporcionada por sus propios músculos o por los de animales
domésticos, tales como el caballo o la mula. Únicamente el viento y el agua, utilizados
mediante velas y molinos, respectivamente, se empleaban para proporcionar energía.
Aún así, el uso de estos dos elementos para realizar trabajo se hacía con tecnologías
muy sencillas que proporcionaban poco rendimiento y los limitaban a aplicaciones
específicas. Esta situación sólo empezó a cambiar con la aparición de la revolución
industrial del siglo XIX.
Aproximadamente en el año 1830, los avances técnicos conseguidos permitieron
construir la máquina de vapor. Ésta constituyó la primera herramienta no movida por
fuerzas animales empleada en múltiples usos industriales. Con ella llegó la era
contemporánea. Los cambios producidos desde ese momento a nivel social,
económico y científico superan, con mucho, los producidos durante toda la historia
precedente.
En la era contemporánea, la vida en sociedad exige satisfacer la necesidad
imprescindible de la disposición de diversas fuentes de energía aprovechables. Basta
pensar en el consumo energético que una persona común realiza al día para darse
cuenta de la dependencia existente. Por ejemplo: el gas empleado para cocinar y para
la calefacción; la gasolina para mover los vehículos, aviones y trenes; la electricidad
que, entre otros usos, ilumina las viviendas, permite que suenen las radios y se vea la
televisión; cada una de éstas son fuentes de energía utilizadas en la actualidad y que
constituyen uno de los pilares de la civilización. Sin alguna de ellas no funcionarían
muchos de los diversos artefactos, tradicionales o modernos, empleados por el hombre
en la búsqueda de una mejor calidad de vida.
Asimismo, el término energía es probablemente una de las palabras propias de la física
que más se nombra en las sociedades industrializadas. La crisis de la energía, el costo
de la energía, el aprovechamiento de la energía, son expresiones presentes
habitualmente en la vida cotidiana, en diferentes medios de comunicación social, en
foros, seminarios, talleres, entre otros.
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
12
La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar asociada a
cambios materiales de diferente naturaleza. Así, entre otros, se habla de energía
química cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias, de
energía térmica cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos, de
energía nuclear cuando los cambios afectan a la composición de los núcleos atómicos,
de energía eléctrica cuando se trata de procesos en los que interviene la electricidad.
En la Revolución Industrial, después de la máquina de vapor, y como desarrollo natural
de ella, vinieron los motores de gasolina. Estos motores (de fabricación y uso mucho
más sencillo que los de la actualidad) permitieron aumentar el campo de aplicaciones
técnicas existente. También hizo su aparición el empleo de gas para alumbrado y
calefacción y los generadores de electricidad por medio de máquinas de vapor o
gasolina. Éstos permitieron el empleo práctico de la electricidad que antes constituía
únicamente un fenómeno de la naturaleza, representado principalmente por los rayos.
En base a estas energías se produjo el desarrollo industrial del siglo XX: desarrollo que
configuró una nueva sociedad.
Actualmente la mayor parte de la energía que consumimos tiene como origen al carbón
o al petróleo (productos de origen similar al gas natural), además de la energía
proveniente de la fisión del uranio, denominada comúnmente energía nuclear de fisión.
Algunas de estas fuentes de energía se transforman antes de llegar al usuario final: el
petróleo necesita ser refinado, el carbón se suele quemar para producir electricidad y la
energía nuclear también se transforma en electricidad por medio de turbinas.
Sin embargo, y pese a sus usos y formas de empleo tan diversos, todas estas fuentes
de energía tienen una característica en común: todas ellas son energías no
renovables.
Una fuente de energía no renovable es aquella de la que existe una cantidad limitada y
que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, ya que no existe sistema
de producción o la producción es demasiado pequeña para resultar útil a corto plazo.
Por ejemplo, el petróleo y el carbón constituyen una fuente de energía no renovable,
porque existe una cantidad limitada de ellos en el subsuelo terrestre y la capacidad de
creación es muy inferior a la de consumo. Las reservas calculadas de petróleo y carbón
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
13
se miden en cientos de años, mientras que el tiempo de producción de los mismos se
mide en miles de millones de años. Por ello no se produce la renovación con la rapidez
suficiente y llegará un momento en el que, con el consumo actual, se agote toda la
cantidad existente.
Como contraposición a las ideas anteriores, se puede definir una fuente de energía
renovable como aquella que está disponible en cantidad infinita o que se puede renovar
con la misma rapidez que se consume. Hace falta aclarar que cuando se dice infinita,
se habla en términos de raza humana. Evidentemente, cualquier tipo de energía
desaparecerá cuando desaparezca el Sol. Otras lo harán antes, cuando se destruya la
atmósfera. Pero en cualquiera de estos casos la vida humana habrá desaparecido
previamente, por lo que la ausencia de energía en un momento posterior carece de
importancia.
Ante esta situación, cada día crece más el interés a nivel mundial en el ahorro de
energía, cualquiera sea su fuente, o la búsqueda de otras fuentes alternativas
novedosas de energía. Las energías alternativas se definen como las energías
renovables que sean utilizables de forma que puedan sustituir eficazmente a las
empleadas en la actualidad. Eficazmente se refiere a que exista una técnica capaz de
hacerlo y que resulte económicamente rentable hacerlo.
Es ampliamente conocido que las sociedades industrializadas modernas se
caracterizan precisamente por su intensa actividad transformadora de los productos
naturales, de las materias primas y de sus derivados, requiriendo para ello grandes
cantidades de energía, por lo que su costo y su disponibilidad constituyen cuestiones
esenciales. De ahí la importancia del mayor ahorro posible.
Ahora bien, cuando de manera particular nos referimos a la energía eléctrica, es
importante señalar que de todas las fuentes usadas hoy día, la energía eléctrica es la
más versátil y la más cómoda. La corriente eléctrica se lleva fácilmente por los cables a
donde haga falta. Es limpia, no contamina (cuando se está usando) y se puede
encender y apagar a voluntad. Es ampliamente usada a nivel doméstico y empresarial,
donde es fácilmente comprobable la aparición, cada día más, de artefactos
electrodomésticos disponibles para hacer más fácil la vida en el hogar, así como
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
14
máquinas y equipos de oficinas e industriales para los procesos productivos en las
diversas organizaciones empresariales.
Su disponibilidad y costo ha empezado también ha ser objeto de preocupación en el
ámbito internacional y nacional, concretándose en campañas sutiles o agresivas acerca
del mayor ahorro posible, en beneficio tanto del presupuesto familiar y empresarial,
como de la adecuada prestación del servicio por las empresas prestadoras o
generadoras de esta energía, llegándose incluso a casos extremos (en algunos países)
de racionamientos generales o selectivos en determinados horarios y para
determinados usos; aplicándose, incluso, sanciones leves o severas por el
incumplimiento de éstos.
Esto sucede así debido a que es lógico comprender que la energía eléctrica en
cualquier país, desarrollado o en vías de desarrollo, debe ser generada, transportada,
distribuida, medida y facturada a los usuarios de diversas índoles, por lo que es un
proceso relativamente complejo que requiere de un sistema eléctrico determinado,
donde se incluye personal especializado y alta tecnología en materiales y equipos, para
poder cumplir con la oferta que satisfaga la demanda en cantidad y calidad de servicio.
Así lo manifiesta Penissi, “que es de suma importancia el disponer de un sistema de
distribución eléctrica que brinde cierta confiabilidad, continuidad y seguridad a las
personas que habitan las viviendas” (Penissi, 1993 citado por Veltri, 2002, s/p).
En este sentido, Venezuela, como país emergente y en proceso de desarrollo, no
escapa a esta necesidad de continuidad y seguridad, porque el sector eléctrico tiene
como finalidad principal la satisfacción de los requerimientos de energía eléctrica
demandados a nivel doméstico y a nivel de todas aquellas actividades orientadas al
desarrollo económico y social del país.
Para cumplir estos objetivos las empresas de este sector: CVG – Electricidad del
Caroní (EDELCA), Electricidad de Caracas (ELECAR), Energía Eléctrica de Venezuela
(ENELVEN) y la Compañía Anónima de Administración del Fomento Eléctrico
(CADAFE) deben realizar todas o algunas de las etapas, como lo son: Generación,
transmisión, distribución, y comercialización del servicio eléctrico. En la actualidad estas
empresas integran el llamado Sistema Eléctrico Interconectado en Venezuela, que es
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
15
controlado a través de la Oficina de Operación del Sistema Interconectado (OPSIS),
creado en 1968.
La producción y el consumo de electricidad ha ido aumentando a través de los años, a
una tasa significativa. La tabla No. 01 muestra las estadísticas de producción y
consumo de electricidad en Venezuela, en el período de 1947 a 1987, sin incluir a los
autoproductores.
Renglón \ Años
1947
1954
1957
1967
1977
1981
1987
Cap. Instalada(MW)
78,7
395
570
1.860
4.918
6.787
17.625
Producción(GWH)
300
938,9
2.005
7.060
20.264
35.055
50.206
Habitantes(Millones)
4,7
5,9
6,5
8,8
12,1
14,2
18,3
Watt / Hab.
17
67
88
211
408
478
963
KWH / Hab. – Año
64
159
308
802
1.675
2.469
2.744
Tabla No 01. Producción y consumo de electricidad en Venezuela.
Fuente: Veltri, 2002.
Ya para 1997 la energía total generada por CADAFE, EDELCA, ELECAR y ENELVEN,
correspondió a 76.277 GWH, según la OPSIS 1998. La capacidad de generación
instalada del sistema interconectado asciende a 19.031 MW, donde EDELCA
representa el 59 % de la generación y CADAFE el 22 %, es decir, que debido a los
grandes recursos hidrológicos con que cuenta Venezuela, el 62 % del total generado
corresponde a energía proveniente de centrales hidroeléctricas; el restante 38 %
proviene de centrales termoeléctricas.
Ahora bien, es necesario enfatizar que la energía hidroeléctrica se crea gracias al
caudal de grandes ríos, como es el caso del Caroní, y es producida por la central
hidroeléctrica Raúl Leoni, mejor conocida como Guri, y administrada por la Electricidad
del Caroní (EDELCA). Esta ha sido responsable de todo el peso de la generación
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
16
eléctrica en los últimos años, pero sin embargo ha presentado problemas de no poseer
la capacidad para satisfacer de la demanda del país, debido a la ausencia de
precipitaciones regulares en la zona, lo que ha reducido considerablemente el nivel de
agua en Guri; ante esta situación se han tomando diversas medidas y se ha
comenzado una campaña educativa sobre el racionamiento y uso eficiente de energía.
De acuerdo a esto, hace ya algunos años existían inquietudes al respecto, tal como se
plantea a continuación:
“Aunque existen en el país siete plantas principales de generación de electricidad
–tanto hidroeléctrica como termoeléctrica–, Guri (hidroeléctrica) aporta 70% de la
energía nacional, cuando la distribución debería ser de 60% de hidroelectricidad y
40% de termoelectricidad. Esto ha hecho al país muy dependiente de una sola
fuente, que hoy esta en problemas. Si la sequía no merma, para el 2002 esa
central dejará de producir 5.000 gigavatios por horas al año –casi 50% de la
energía eléctrica que consume Caracas en un año– para el sistema eléctrico
interconectado que cubre al territorio” (Blanco, 2001 citado en Veltri, 2002, s/p).
Así mismo, las plantas termoeléctricas que necesitan quemar combustible poseen
unidades que trabajan con gas y diesel, y son muy poco utilizadas debido a su alto
porcentaje de contaminación ambiental, pero en vista de la situación que presenta la
represa de Guri se han tenido que reactivar algunas de estas plantas:
“...a mediados de este año 2002 se comenzó a aplicar un plan de contingencia,
que incluye el incremento y la recuperación del parque termoeléctrico nacional.
Como parte de ese plan, la Electricidad de Caracas está aportando al sistema
interconectado del país un promedio de 100 gigavatios por hora al mes”. (Veltri,
2002, s/p).
Por otra parte, esta problemática energética que afronta el país evidencia una
tendencia hacia el incremento de las tarifas eléctricas, como se muestra en la tabla
No.02, donde se observa un aumento de aproximadamente 2,6% del año 2001 al 2002.
AÑOS
Unidades
DETALLES DE
APLICACIÓN
2001
2002
6.322,10
7.182,14 Bs. / KVA
Cargo por
demanda
32,533
33,410
Cargo por Energía
Bs. / KWH
Tabla No 02. Aumento de las tarifas del 2001.
Fuente: Veltri, 2002.
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
17
Pero para comienzos del año 2002 se produjo un nuevo aumento en las tarifas
eléctricas, tal como lo refiere el siguiente párrafo:
“El nuevo pliego de tarifas eléctricas, en vigencia a partir de este viernes 1ero. de
Febrero,... este servicio experimentará un aumento del 7,5 % para el área
metropolitana de Caracas y un 20 % promedio para el resto del país. Esta
disposición oficial tiene por objetivo revertir el consumo desproporcionado de
electricidad en la población,... Y al mismo tiempo está dirigido a recompensar o
castigar el buen uso de la energía y lograr la meta de ahorro en un 10 %, prevista
por el gobierno, en momentos en que el prolongado período de sequía afecta la
disponibilidad en la generación hidroeléctrica”. (León, 2002 citado en Veltri, 2002,
s/p)
Así mismo, Maracara establece que “el pliego tarifario del sector eléctrico contiene
aumentos tarifarios automáticos cercanos a los 30 % promedio cada año”, (Maracara,
2002, citado en Veltri, 2002, s/p). Dichos aumentos se deben a los factores que
intervienen en el calculo de las tarifas eléctricas, donde se puede mencionar: cargo por
energía (Bs./KWH), cargos por demandas (Bs./KVA), factor de ajuste por variación
inflacionaria (FAVI) y factor de ajuste por combustible (FACE).
A pesar de todo lo expuesto de orden técnico, económico y social, existe otro problema
de carácter cultural, el cual consiste en el excesivo consumo eléctrico en nuestro país
proveniente, en gran parte, al despilfarro innecesario por parte de clientes residenciales
y empresariales, quienes prestan o dan poca importancia al consumo racional y justo
de los equipos eléctricos utilizados, especialmente en el área de la iluminación y de la
refrigeración. Es alarmante observar repetidamente en distintos hogares y empresas el
encendido de luces, ventiladores y aires acondicionados en una determinada
habitación o sala de estar, sin que nadie los esté usando. Así mismo, el uso de
iluminación externa en las afueras de oficinas y casas en horarios completamente
inadecuados (por ejemplo: cuando ya ha salido el Sol en el amanecer).
Esto se traduce en un gasto energético inmenso, que cada vez va en aumento,
producto de la falta de un buen sentido del ahorro. Este gasto innecesario no sólo se ve
reflejado en las altas cantidades de dinero que los dueños de los hogares y oficinas
deben cancelar mensualmente debido al consumo eléctrico propio, sino también en la
pérdida de los recursos naturales (petróleo y/o gas natural) que se necesitan para
generar el tan preciado servicio eléctrico.
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
18
Ante toda esta situación energética, los aumentos globales del consumo de energía
eléctrica y en las tarifas eléctricas, el derroche de energía eléctrica en casas y oficinas,
su mal uso, la despreocupación que se tiene sobre la misma, la falta de mantenimiento
y los altos requerimientos de inversión para mantener y mejorar dicho servicio; ha
hecho impostergable, entonces, la necesidad de plantear una política de ahorro de
energía a todos los niveles, para tomar conciencia y comenzar a optimizar el consumo
de energía en el mundo.
La búsqueda de soluciones, con alternativas tradicionales o novedosas, contando con
la ayuda del avance de la tecnología en diversos ámbitos, está en el tapete. Debe
hacerse una amplia difusión del ahorro de energía eléctrica, usando todos los
mecanismos y medios disponibles, y demostrar que el ahorro de energía eléctrica es
técnicamente factible, económicamente rentable y socialmente benéfico (Veltri, 2002).
De esta manera, buscando el ahorro de energía, y ante la proliferación de
innumerables aparatos electrónicos en el hogar, se ha hecho necesario entonces idear
sistemas (como el domótico) que se encarga, entre otras cuestiones, de gestionar y
racionalizar adecuadamente el consumo de energía de todos ellos. Esto se logra con el
concurso de la informática y el avance de la tecnología.
Según la Real Academia Española, la domótica es el conjunto de sistemas que
automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda. Bajo esta definición
académica se esconde, en la práctica, un significativo ahorro de energía. Una casa
domótica es una casa controlada por medio del ordenador (o computador, según la
forma de llamarle a esta clase de equipos en diversos países). El objetivo es asegurar
al usuario de la vivienda un aumento del confort, de la seguridad, de las facilidades de
comunicación y del ahorro energético. Si lo que desea es que las luces se enciendan
sólo al entrar en las habitaciones, la domótica lo logra. Un detector capta la presencia
de personas y enciende la luz. Ésta permanecerá encendida sólo mientras haya
personas en ese espacio, por lo que al salir la última persona automáticamente se
apagan las luces (Mundogar, 2004).
Por otro lado, se pueden programar diferentes intensidades de luz o encendidos
parciales de la casa, a través de interruptores, mandos a distancia e incluso teléfonos
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
19
móviles e Internet. El uso de los aparatos será así proporcional a las necesidades
requeridas.
Este ahorro energético, por el sistema de iluminación domótico, se complementa con el
uso de lámparas de ahorro energético. Las lámparas con menor gasto energético son
las LFC (Lámparas Fluorescentes Compactas).
En lo que respecta a electrodomésticos inteligentes como lavadoras, lavavajillas y
microondas, estos serían controlados por la consola (aparato principal) del sistema
domótico. Ésta desvía el funcionamiento de los aparatos deseados a franjas horarias
en las que la tarifa eléctrica es reducida en aquellas regiones donde aplique este tipo
de régimen tarifario. El control tarifario se extiende también a los pequeños
electrodomésticos, como cafeteras, despertadores, entre otros, que están ideados para
racionalizar su uso bajo un mismo control unificado. En las oficinas, además del control
de la iluminación, puede utilizarse para otros equipos, tales como fotocopiadoras,
contestadoras telefónicas, alarmas, computadoras, reguladores, máquinas de fax, etc.
Todo esto es relativamente novedoso, pues ya existen en diversos países experiencias
de aplicación, así como de empresas que prestan este servicio desde diferentes niveles
de sofisticación. Sin embargo, para muchos potenciales usuarios la relación
costo–beneficio resulta ser una variable muy importante a considerar a la hora de
implantar un sistema de esta naturaleza. La idea es que pueda lograrse un ahorro de
energía utilizando la colaboración de la domótica o de cualquier otra herramienta
tecnológica determinada, con un costo accesible, si no a todos los usuarios por lo
menos a una gran mayoría, de manera que se popularice su utilización y así lograr de
manera agregada el objetivo de un ahorro energético regional o nacional.
De igual forma, considerando que en muchos hogares venezolanos ha venido
aumentando el uso de una computadora, bien sea sencilla o sofisticada, para los usos
normales de ayuda académica en tareas tales como: procesador de palabras, hoja de
cálculos y graficadores; y así como en la mayoría de empresas de diferentes tamaños
se le usa para los trabajos normales de administración; entonces, sin mayor inversión,
ya se cuenta con uno de los dispositivos necesarios para poner en práctica alguna
alternativa de ahorro de energía que, soportado por el desarrollo de algún sistema de
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
20
control, permita la gestión automática y eficiente de la iluminación y los equipos de
refrigeración del ambiente (es decir: aires acondicionados) existentes en el hogar y/o la
oficina.
Sólo será necesario la creación de dicho sistema informático de control, además de un
adecuado medio de interconexión o interfaz con los diversos equipos eléctricos a ser
controlados, logrando que dicho sistema interactúe fácilmente con estos equipos.
La elección de las diversas funcionalidades del sistema que controlará el hogar y/o la
oficina deberá realizarse tomando en cuenta aquellas operaciones básicas y rutinarias
que se necesitan para ejercer la administración de equipos eléctricos que se vayan a
encender y apagar en determinados momentos, ofreciendo incluso funciones
avanzadas para alcanzar este cometido, librando a los habitantes del hogar y/o la
oficina de un control manual de equipos eléctricos existentes. Además, de esta forma
se eliminaría el problema de la necesidad de creación de un dispositivo electrónico que
permita el soporte, mediante componentes físicos electrónicos, de las funciones
programables por parte del usuario para establecer horarios de encendido: el propio
computador hogareño (o alguno instalado en la oficina) cumpliría con el requisito de
implementar un sistema de ahorro eléctrico mediante un aparato centralizado
programable por el usuario.
Es bastante posible que dicho sistema de control eléctrico no necesite de un gran
poder de cómputo, ya que el control de encendidos y apagados no necesita cálculos
complejos: únicamente requiere la programación y el cumplimiento de intervalos de
tiempos, por lo cual se le podrá dar uso a aquellas computadoras que hayan sido
destinadas al olvido, con lo cual se estaría incluso ahorrando dinero invertido en el
pasado: proporcionándoles un uso provechoso a ciertos aparatos electrónicos no
utilizables hoy en día (en el caso referente a computadores obsoletos), y al mismo
tiempo obteniendo una consecuencia positiva y añadida, por motivo de la implantación
de un determinado sistema de control eléctrico para el hogar y/o la oficina.
De acuerdo con todo lo anterior, una investigación que, con suficiente rigurosidad
científica, estudie la factibilidad de implantación de un sistema de control mediante el
uso del computador para lograr un efectivo ahorro eléctrico en el hogar y la oficina, será
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
21
desarrollado en beneficio del sector eléctrico regional y de la comunidad en general.
2. Formulación del Problema.
La exposición anterior nos permite llegar a la siguiente interrogante:
¿Es posible lograr un control automatizado mediante el desarrollo de un software de
computadora, relativamente económico y fácil de instalar y operar en la gran mayoría
de computadores existentes hoy en día, para establecer horarios de encendido y
apagado de los principales equipos eléctricos utilizados en hogares y oficinas,
proporcionando además un encendido y apagado inteligente de dichos equipos,
consiguiendo así un ahorro sustancial en el consumo eléctrico?.
3. Objetivos de la Investigación.
3.1. Objetivo general.
Diseñar un sistema de control programable (mediante horarios) e inteligente (mediante
detección de presencia de personas), lo suficientemente asequible para el usuario
común, que permita establecer el encendido y apagado de los principales equipos
eléctricos presentes en el hogar y/o la oficina sólo en los momentos deseados,
logrando así la optimización del consumo eléctrico en dichos sitios.
3.2. Objetivos específicos.
a) Determinar el consumo real promedio de los equipos eléctricos comúnmente
presentes en hogares y oficinas.
b) Analizar el funcionamiento de periféricos electrónicos detectores de movimiento
humano.
c) Seleccionar la interfaz más adecuada que permita una comunicación fácil y confiable
entre el computador y los equipos eléctricos existentes en el hogar y la oficina.
d) Diseñar un subsistema de simulación de presencia mediante el encendido/apagado
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
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aleatorio de los principales equipos eléctricos existentes en el hogar y la oficina.
e) Desarrollar un sistema de control por software, programable mediante horarios
predefinidos por el usuario.
f) Realizar el acoplamiento (y las pruebas necesarias) entre el sistema de control por
software desarrollado y los principales equipos eléctricos existentes en el hogar y la
oficina.
4. Justificación de la Investigación.
Esta investigación encuentra su pilar de fundamento y justificación en el siguiente
escenario de la vida real: el alto consumo de la energía eléctrica debido al desperdicio
innecesario de ésta, a causa de la falta de un ahorro consciente y necesario en el uso
justo de los equipos eléctricos que más consumen electricidad, así como también la
existencia de equipos de computación ociosos, debido al desuso que se les da por
motivo de su condición de obsoletos. Estos dos aspectos inducen que este trabajo de
investigación se dedique a solucionar el problema inherente al despilfarro eléctrico
mediante el uso de un software de control totalmente operable en computadores que
cuentan con relativamente bajo poder de procesamiento.
Además, la ausencia de soluciones de este tipo en la región zuliana hacen de este
tema un proyecto digno de ponerse en marcha y llevarse a cabo completamente.
5. Delimitación de la investigación.
La solución al problema planteado en este trabajo es parte de un proyecto mayor,
titulado Domótica, el cual intenta encontrar soluciones a todo lo referente a la
automatización del hogar y la oficina usando la tecnología disponible hoy en día. Esta
investigación únicamente tratará el aspecto de la Domótica relacionado con el ahorro
del recurso eléctrico, sin tomar en cuenta otros tipos de ahorro de recursos, tal como el
agua o el gas natural. No tratará otros aspectos propios de la Domótica, tales como:
seguridad y prevención de catástrofes y accesos no autorizados; implantación de
sistemas de entretenimiento mediante audio y video; control remoto (vía Internet o
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
23
mensajería de texto SMS) de todas las funciones del hogar; por citar algunos.
Es de notar que para la ejecución del presente trabajo de investigación será necesaria
la adquisición de dispositivos que únicamente se encuentran en el extranjero (en países
tales como: Estados Unidos y España). El envío y recepción de objetos comprados y
vendidos a través de diversos países puede llegar a tener un retraso considerable, el
cual afectaría al desarrollo del presente proyecto de investigación. Por esta razón, es
probable que dicho proyecto no se lleve a cabo en su totalidad debido a esta
importante razón, aunque las probabilidades de que esto ocurra son mínimas.
Será desarrollado en los siguientes espacios físicos:
●
Laboratorio de Tesistas de la Licenciatura en Computación, ubicado en el Edificio
Grano de Oro, ala derecha, final del segundo pasillo; Universidad del Zulia; Maracaibo,
Edo. Zulia, Venezuela.
●
Domicilio del autor, ubicado en la siguiente dirección: Av. 18B, #105A-87, Sector
El Poniente, detrás del Terminal de Pasajeros; Maracaibo, Edo. Zulia, Venezuela.
El tiempo estimado de la investigación, en el cual se cree conveniente la realización de
la presente investigación está definido a continuación:
●
6 meses.
El área o estudio de especialización en el cual se encuentra enmarcada esta
investigación se define a continuación:
●
Unidad Académica Inteligencia Artificial y Modelos Matemáticos, específicamente
en el tópico de Toma de decisiones gerenciales y control de procesos.
Las fecha de inicio y de culminación estimadas en las cuales se cree conveniente la
realización de la presente investigación están definidas de la siguiente manera:
●
Desde el mes de Mayo de 2005 hasta el mes de Octubre de 2005.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
1. Antecedentes de la Investigación.
Hasta ahora, la mayoría de las propuestas de ahorro eléctrico se han enfocado en
establecer una serie de consejos que promueven el buen uso que se le debe dar a los
diversos equipos eléctricos para conseguir un menor gasto energético. Dichas
propuestas han sido realizadas tomando en cuenta únicamente (para luego llevarse a
cabo en la práctica) diversos aspectos técnicos, tales como: investigación y definición
de los equipos que mayormente consumen energía eléctrica, comparación entre
equipos de igual rendimiento pero de distintos consumos de energía (debido a la
naturaleza de los materiales con los cuales están fabricados), control semi-automático
e individual del período de encendido de los distintos tipos de equipos eléctricos,
limpieza de dichos equipos, etc.
Dicho de otro modo, el énfasis que se ha puesto hasta el día de hoy en casi todas las
soluciones ofertadas para un menor consumo eléctrico corresponde a métodos que
sólo abarcan la instalación y el reemplazo de equipos, especialmente para la parte de
la iluminación. Sólo unas pocas proposiciones de ahorro eléctrico se valen de una
gestión eficiente automatizada de los principales equipos eléctricos; aunque esto está
cambiando.
La naturaleza del presente proyecto de investigación consistirá en apegarse a la
filosofía de la utilización de dispositivos automáticos y centralizados para la
administración eficiente de la energía eléctrica, específicamente en el aspecto del
encendido-apagado. Trabajos como estos son escasos, pero su incremento en cuanto
a cantidad parece inminente, según la tendencia de las tecnologías aplicables hoy en
día a una infinidad de campos de la sociedad, especialmente al terreno doméstico y
empresarial.
Se pueden comenzar estos antecedentes con una implantación que realizó el
Ayuntamiento de la Coruña, en España (Ayuntamiento[1], 2002) de un sistema de
ahorro energético enfocado en regular el alumbrado público, con la instalación adicional
de relojes astronómicos para el máximo aprovechamiento de la luz natural.
Al parecer, este tipo de sistemas han traído muchos beneficios en todos los ámbitos, ya
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
25
que comenta: “Estos sistemas de control del alumbrado público permiten un
seguimiento exhaustivo de las instalaciones eléctricas y la subsanación de averías en
tiempo real” (Ayuntamiento[1], 2002, s/p). Sin embargo, no se explican los detalles en
los cuales consistió el proyecto. Es de notar que dicho sistema tiene la connotación de
ser automático, ya que la naturaleza del problema así lo obligaba. Pero más bien se
trataba de un macro sistema destinado a controlar una gran cantidad de dispositivos
eléctricos esparcidos en un área bastante grande.
El objetivo de la presente investigación será llevar parte de estas implantaciones y
soluciones al ámbito hogareño y empresarial, en el cual debe realizarse urgentemente
una efectiva administración automática del gasto eléctrico, para lograr minimizarlo.
Siguiendo en la búsqueda de antecedentes, se encontró una información muy
importante que trataba sobre la posibilidad de cambiar el huso horario en la República
de Argentina (Noticias, 2003). El documento señala que:
“La hora solar que le corresponde a Argentina, según la división del globo terrestre
en 24 meridianos, es de cuatro horas al oeste de Greenwich (-4). Esto significa
que cuando en el meridiano de Greenwich es el mediodía, en Argentina son las 8
de la mañana. Esa es la hora verdadera, pero desde finales de 1969 el país
quedó ubicado en el -3. Con este cambio, el reloj marca las 9 de la mañana
cuando debería indicar las 8, según la hora solar” (Noticias, 2003, s/p).
Se indica de forma clara y concisa que en una gran cantidad de períodos de verano se
adelantaba el horario para un mejor aprovechamiento de la luz del Sol, pero dicha
práctica se descontinuó a partir de 1993 debido a la privatización de las empresas de
energía eléctrica. “...Nosotros hace más de 30 años estamos en el uso -3, que
prácticamente pasa por enfrente del mar Argentino. El planteo es pasar al huso -2”
(Noticias, 2003, s/p); además, el documento continúa diciendo: “...Si se toma esta
decisión, habría que adelantar el reloj una hora. Es decir, si ahora amanece alrededor
de las 5.45, con la nueva hora el Sol estaría asomando sus primeros rayos a las 6.45”
(Noticias, 2003, s/p).
“La crisis energética de 1988 obligó a adoptar los husos -2 en verano y -3 en las otras
estaciones. Esto sucedió hasta 1993, cuando el huso horario se fijó otra vez en -3
hasta nuestros días” (Noticias, 2003, s/p). Se hace la alusión de protestas y rebeliones
populares por dicho motivo, hasta el punto de llegar a la situación de manejarse una
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
26
hora determinada en todo el país, cuando el horario oficial (indicado por la nación) era
otro.
Se explica más adelante, que la negación a la modificación estacional del horario trae
como consecuencia que las personas tengan inconvenientes en ciertos períodos,
especialmente en invierno, “...porque la gente va a trabajar y los chicos van a estudiar
cuando aún es de noche” (Noticias, 2003, s/p).
Se puede observar que, dada una situación de crisis de energía eléctrica, se llegó a
tomar la decisión (en el caso de Argentina) de modificar el huso horario propio para
utilizar mejor la luz solar. Fue una solución completamente factible y valedera, aunque
desprovista de toda clase de concientización social en torno a la crisis del gasto
excesivo en materia de energía. Además, según el documento, se puede llegar a
pensar que el gobierno argentino tuvo que esperar que ocurriera una situación de
gravedad en cuanto a la electricidad para tomar una simple decisión de modificaciones
de husos horarios.
Todo esto sugiere que, en los actuales momentos, este tipo de medidas deberá
realizarse en todos aquellos países con una marcada diferencia de salidas y puestas
del Sol en las distintas estaciones del año, aún cuando dichos países no presenten
problemas energéticos, ya que el gasto eléctrico innecesario es cada vez mayor, y
deberían entonces tomarse todas las decisiones necesarias que ayuden a paliar este
problema: no solamente cuando éste se presenta, sino de manera preventiva, con
miras al progreso y seguridad de toda una nación.
Por su parte, la Cooperativa Comunitaria de Energía (Center, 2000), ubicada en la
ciudad de Chicago (Estados Unidos), promueve (desde el año 2000), para cada uno de
sus miembros diversos, diversos planes y alternativas para conseguir un mejor uso de
los equipos eléctricos y un gasto monetario menor por motivo de la buena utilización de
éstos.
En los actuales momentos dicha cooperativa está ofreciendo el Energy-Smart Pricing
Plan (Community, 2005), el cual consiste en un programa que permite alcanzar un
ahorro del orden de entre 10 % y 15 % en cuanto a gasto energético se refiere. Está
vigente desde enero del año 2003, y lo estará hasta diciembre del año 2005, ya que se
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
27
trata de un programa experimental, es decir, un proyecto de investigación sobre la
forma en que los consumidores responden a los precios de electricidad basados en el
mercado. El objetivo del plan consiste en ofrecer una tarifa de electricidad orientada a
horas, la cual puede variar constantemente según los precios del mercado. Además, la
propia cooperativa se encarga de ofrecer en todo momento una explicación detallada
del uso y costo de la energía a cada uno de sus miembros.
Su principal objetivo es informar constantemente sobre los precios por hora de las
tarifas eléctricas, para que así cada una de las personas inscritas en el plan puedan
escoger el mejor horario para realizar aquellas tareas domésticas que ameriten el uso
de la electricidad. También ofrece una alerta para notificar a sus miembros cuándo
subirán los precios por hora por encima de un valor predeterminado (dicho valor está
fijado actualmente en 10 centavos de dólar por kilovatio hora). Esto se debe a que las
tarifas de las cuales gozarán sus afiliados variarán diariamente. El informe de precios
de cada una de las 24 horas del día siguiente se establece la noche anterior por parte
de la compañía eléctrica. La cooperativa informa entonces diariamente sobre los
precios actuales para el siguiente día.
Es de notar que el ingreso a esta cooperativa es restringido en cuanto a cantidad de
afiliados, además de ser bastante estricto en la membresía, ya que se le pregunta a
cada interesado sobre su forma de uso de la energía, información referente a su hogar,
equipos eléctricos existentes, etc. Además de solicitar a cada participante que
respondan encuestas que recibirán ocasionalmente durante el año. Esto se debe más
que todo a la condición experimental de dicho plan. Además, sólo podrán afiliarse
aquellas personas dispuestas a realizar un cambio en la utilización de la energía en sus
hogares, con miras a conseguir un efectivo ahorro eléctrico; en otras palabras: existe
un proceso de selección para todo aquel que solicite la inscripción al plan de la
cooperativa.
La novedad central de este plan de ahorro consiste en la instalación de un medidor
eléctrico totalmente renovado, con soporte de funciones avanzadas y con un monitoreo
(orientado a horas) de la cantidad de kilovatios hora consumidos. Éste es el principal
atractivo que ofrece dicho plan: que cada uno de sus miembros sepa la cantidad exacta
(y totalmente discriminada) del uso de la energía en su hogar por cada hora, para que
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
28
así pueda tomar decisiones que ayuden a cambiar de horario aquellas actividades
realizadas en momentos en que la tarifa eléctrica es más cara, mudando la realización
de dichas tareas a ciertas horas del día en donde la tarifa es más económica.
Todo esto trae como beneficio lo siguiente: en primer lugar, un conocimiento exacto del
uso por períodos de tiempo determinados por el usuario (ya que se ofrece un servicio
de reportes detallado directamente en el sitio web de la cooperativa, o mediante el
envío por correo tradicional); en segundo lugar, el cobro de la electricidad se realizará
basado en tarifas por hora (fluctuantes de forma diaria) en lugar de tarifas fijas
mensuales; y en tercer lugar, el servicio eléctrico se ve ampliamente mejorado, ya que
esto contribuye a la eliminación de picos de demanda, es decir, momentos en los
cuales la demanda de la electricidad para la compañía eléctrica local es máxima, y en
los cuales el costo de la energía necesariamente es mayor.
Se puede observar que las ventajas de este plan son beneficiosas en todos los
sentidos: permite que los usuarios ahorren, y al mismo tiempo, permite que la
compañía de electricidad no esté en riesgos de inactividad temporal debido a que la
distribución de la carga eléctrica resulta sustancialmente modificada, ya que una planta
eléctrica que esté trabajando al tope de su capacidad tiene una alta probabilidad de
colapsar (mediante los conocidos apagones).
Además, el medio ambiente sufre más cuando éstas trabajan al máximo, debido a que
la emisión de contaminantes es mayor. Y lo que es peor: situaciones de alta demanda
en una central eléctrica puede llegar a acarrear la construcción de nuevas centrales, lo
cual se traduce en tala de árboles y en impactos ambientales muy fuertes por cada
nueva planta que se construya.
En otras palabras, el Energy-Smart Pricing Plan ofrece una solución de optimización
del consumo eléctrico en cuatro vías: a nivel económico, a nivel de conocimientos
reales del consumo de energía, a nivel de operatividad (es decir, de reducción de
caídas en el servicio eléctrico), y a nivel ecológico.
La desventaja de este plan es que solamente se circunscribe al área del condado de
Kane, en el estado de Illinois, EE.UU., (lo cual incluye a la ciudad de Chicago), y sólo
aquellos clientes residenciales de la compañía eléctrica ComEd podrán participar. Es
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
29
de notar que la empresa ComEd es la que ofrece la tarifa eléctrica basadas en horas
(denominada tarifa RHEP), y la cooperativa ofrece entonces un completo sistema de
información de uso de la electricidad basado en tarifas diariamente fluctuantes y
discriminadas por horas.
Es de hacer notar que esta novedosa forma de integración de empresas e instituciones,
en pro de un mejor consumo eléctrico, se sustenta en la información a clientes del uso
exacto de energía en sus hogares. No se trata aquí entonces de controlar
automáticamente el uso de los diversos equipos eléctricos presentes en cada hogar,
sino más bien de monitorear automáticamente el uso (en kilovatios hora) en cualquier
período de tiempo corto de todos los elementos eléctricos presentes en el recinto del
usuario (en lugar de un monitoreo global tradicional del consumo de electricidad, que se
realiza mensualmente).
Se trata, además, de concienciar a la población, mediante el ofrecimiento de tarifas
más baratas a cambio de un uso óptimo de la energía, en donde también obtiene
beneficios la compañía eléctrica. La optimización del uso de la electricidad, en este
caso, se consigue entonces de forma voluntaria, gracias a la información suministrada
por la cooperativa.
Una automatización del uso de equipos eléctricos, unido con este plan de utilización de
la energía sería una inmejorable propuesta para lograr la optimización energética, tan
necesaria en nuestros días. Sin embargo, el presente proyecto de investigación tendrá
que prescindir de este tipo adicional de soluciones debido a su inexistencia en el ámbito
venezolano. Es una muy buena idea implantada en el norte de los Estados Unidos,
pero que todavía tendrá que esperar para hacerse popular en países como el nuestro.
Por otro lado, la Empresa Eléctrica Quito, S.A., ubicada en la ciudad de Quito, en
Ecuador (Quito, 2005), y encargada de la generación, transmisión, distribución y
facturación de la energía eléctrica para uso residencial, comercial e industrial en las
principales ciudades de dicho país, establece actualmente (en su sitio web) una serie
de recomendaciones en pro de un menor consumo eléctrico por parte de sus usuarios,
motivado por aspectos tales como:
●
Impacto ecológico (debido a que una mayor demanda de energía eléctrica trae
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
30
como consecuencia la instalación de nuevas centrales de generación de electricidad,
que trae como efecto adverso la destrucción de zonas naturales de flora y fauna;
además, mayor existencia de centrales eléctricas significa mayor contaminación
ambiental, debido al uso, en su gran mayoría, de materia prima no renovable y
altamente dañina para el ambiente).
●
Impacto económico (inflación y, por consiguiente, aumento de los costos de la
energía eléctrica; así como también la falta de recursos financieros para la construcción
de nuevas centrales o la ampliación de la capacidad de las ya existentes).
Sus recomendaciones radican en lo siguiente:
a) Conocimiento real por parte de los usuarios (a través de cálculos matemáticos) del
consumo de sus diversos aparatos eléctricos, tomando en cuenta el consumo que
éstos requieren (es decir, la potencia de cada uno) y el tiempo en el cual éstos se
encuentran encendidos. Dicho consumo se calcula en unidades monetarias, para lograr
así una mayor justificación por parte del público de un ahorro sustancial de dinero con
sólo utilizar dichos aparatos el tiempo suficiente.
b) Adquisición de equipos eléctricos de mayor eficiencia energética, es decir, aquellos
que garantizan un menor consumo de energía, ya que con esto se logra una
considerable disminución del consumo eléctrico.
c) Uso más eficiente de los principales elementos eléctricos que son propiedad del
usuario, y que requieren la mayor parte de la energía consumida, tales como:
Luminarias:
1) Limpieza periódica, eliminando el polvo para mantener una óptima calidad de
iluminación.
2) Utilización de una luminaria de mayor potencia, en sustitución de varias luces de
menor potencia: se ilumina mejor con el mismo gasto eléctrico. Este consejo es
especialmente útil en todo tipo de oficinas e instituciones.
3) Promoción al uso de luminarias fluorescentes.
4) Encendido de las luminarias sólo el tiempo justo y necesario.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
31
Calentador de Agua:
1) En la medida de lo posible, utilizar calentadores de ducha (debido que no es la
misma cantidad de energía que se necesita para calentar el agua requerida en una
ducha que aquella se que encuentra en un tanque de varios galones), o mejor aún:
utilizar calentadores que trabajan con gas natural.
2) Encenderlo 1 o 2 horas antes de bañarse: no dejarlo encendido durante toda la
noche.
3) Proteger el calentador del frío excesivo y de zonas con ventilación frecuente, ya que
esto ocasiona que dicho aparato se encuentre encendido una mayor cantidad de
tiempo.
4) Utilización de un temporizador que controle el encendido y apagado automático, sólo
el tiempo en el cual se necesite.
Plancha:
1) Utilizarla durante la mañana (para evitar las horas pico en las curvas de carga de las
centrales eléctricas).
2) Planchar en un solo lote la mayor cantidad de ropa posible.
3) No utilizarla con ropa mojada, debido a que se necesita mayor energía para calentar
dichas prendas de vestir.
4) Ajustar el regulador de la plancha para usar la cantidad de calor acorde con el tipo
de ropa a ser planchada: con esto se logra el consumo necesario y, además, una
menor probabilidad de dañar ciertas ropas delicadas.
Refrigeración (Neveras):
1) Instalación de éstas en lugares lejanos de fuentes de calor (luz del Sol, cocinas,
calefacción, etc.).
2) Asegurar un cierre hermético de sus puertas, para evitar el escape de aire frío al
exterior.
3) Limpieza y descongelamiento periódicos, para favorecer la ventilación y reducir el
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
32
consumo de electricidad.
4) En la medida de lo posible, no introducir objetos calientes dentro de la Nevera.
5) Reducir la cantidad de apertura de las puertas de la Nevera, así como también no
dejarla abierta por una cantidad de tiempo considerable.
6) Evitar el uso de la parte posterior de ciertas neveras (generadoras de calor) para
secar prendas de vestir.
7) Regulación del termostato dependiendo de la estación del año.
Otra de las propuestas de ahorro de energía se encontró en el artículo Exigente control
del consumo eléctrico en La Habana, tomado de (Silva, 2002). En dicho artículo se
indica la reducción de dieciséis megavatios respecto al año anterior (año 2001) luego
de la puesta en marcha de disposiciones ahorradoras de energía eléctrica (por parte
del gobierno cubano) en centros laborales, industrias y escuelas. Se destacan, en la
aplicación de unos estrictos controles diarios, las siguientes fábricas: Cemento de
Mariel, Asbesto de Artemisa y Pastas en San José de las Lajas. Aunque no se reseñan
de forma específicas dichas disposiciones de control energético, se explica que se fijó
un plan de consumo y demanda en el Horario Pico: a toda aquella industria que
incumpliera con la demanda máxima de energía en dicho horario se le retiraría el
servicio, especialmente en la parte administrativa, para no afectar la producción. Estas
medidas y disposiciones se dieron a conocer por medios de difusión masiva y, según el
artículo, permitieron alcanzar metas propuestas y concretas de ahorro energético.
Como puede observarse, el control eléctrico ejercido en dicho proyecto de ahorro de
energía cubano corresponde a la medición constante de los consumos de cada
institución de grandes proporciones, y la correspondiente fijación del límite del máximo
consumo permitido. Consistió en una gestión de monitoreo del consumo eléctrico
llevado a la práctica, más que todo, por las empresas generadoras de electricidad, pero
por disposición del gobierno local y de forma global, aplicable a todas las empresas de
la nación cubana. Es probable que dicho consumo máximo impuesto a las empresas
cubanas pudo haberse controlado de forma manual, mediante una redistribución de los
procesos industriales de dichas empresas, para evitar superar el límite impuesto por los
reguladores de electricidad.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
33
Ahora bien, en la República de México se encontró una propuesta de ahorro
energético, referente al uso eficiente de la electricidad con respecto a la iluminación y el
aire acondicionado (véase (Comisión, 2003) y (Comisión, 2004)). Se trata de una serie
de consejos y recomendaciones a seguir para alcanzar un consumo más reducido y
más eficiente de la energía eléctrica en estas dos clases de aparatos.
Nuevamente se observará una tendencia a controlar los aparatos eléctricos de forma
manual, más que todo por medio de indicaciones de tipo técnico, enfocadas en la
escogencia de los mejores equipos eléctricos disponibles hoy en día.
En la iluminación de la casa, se establecen las siguientes pautas a seguir:
1) Apagar la luz cuando no se necesita (así como también todo aparato electrónico
consumidor de electricidad).
2) Mantener abiertas las cortinas y persianas durante el día (para aprovechar al
máximo la luz natural).
3) Pintar las paredes del hogar con colores claros (ya que de esa manera se aprovecha
mejor la luz, tanto natural como artificial).
4) Realizar el mayor número de actividades aprovechando la luz solar (elaborando para
ello una lista de actividades que corresponden hacerse de manera más eficiente
durante el día).
5) Sustituir focos incandescentes y halógenos por lámparas ahorradoras (es decir, por
fluorescentes compactas, las cuales cuestan más, pero consumen hasta cuatro veces
menos energía y duran hasta diez veces más).
6) Limpiar periódicamente focos y lámparas (debido a que el polvo bloquea la luz que
emiten).
7) Utilizar un atenuador electrónico para graduar la luz al mínimo necesario en casos
donde no se requiere de toda la potencia de la luminaria (y también, en la medida de lo
posible, emplear detectores de presencia en lugares donde las luces no se utilicen de
manera continua).
Y para el uso del aire acondicionado, se exponen los siguientes consejos prácticos:
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
34
1) Mantener la habitación cerrada cuando el aire acondicionado se encuentre en
funcionamiento.
2) Apagar el aparato cuando se salga de la habitación.
3) Reducir al mínimo las rendijas (existentes en las puertas, en las ventanas, etc.).
4) Regular la temperatura del aire acondicionado de tal manera que el usuario se sienta
cómodo. En la medida de lo posible, utilizar el ventilador cuando la habitación se
encuentre muy fría, ya que éste consume mucho menos energía.
5) Dar mantenimiento cada año al aire acondicionado, ya que se ha comprobado que si
dicho aparato permanece sin mantenimiento durante 2 años o más, consumirá el doble
de energía. Dicho mantenimiento puede consistir en: limpieza general del equipo
(eliminando polvo y moho); pintura periódica de la unidad para evitar la oxidación; y una
vigilancia constante para que el motor, el cableado y el termostato funcionen
correctamente.
6) Al momento de la adquisición de un aire acondicionado, se debe comprobar que sea
de la capacidad necesaria: nunca de una capacidad mayor (esto según el área a
enfriar).
7) Evitar la adquisición de un equipo acondicionador de aire de segundo mano (es
decir: usado).
El autor del presente proyecto de investigación difiere del consejo No. 2 indicado
anteriormente, debido a que es posible que el usuario de un aire acondicionado salga
sólo
momentáneamente
durante
unos
minutos
de
la
habitación,
quedando
temporalmente la habitación vacía. El encendido y apagado constante de un equipo de
aire acondicionado es perjudicial para la vida útil del aparato. Además, en
recomendaciones provenientes de otras fuentes investigadas, se aconseja el apagado
de un aire acondicionado si éste se encuentra más de 1 hora enfriando una habitación
vacía.
También se proporcionan consejos con respecto al uso de aislantes térmicos, los
cuales permiten que el aparato enfríe mejor, con un menor esfuerzo eléctrico y con un
consiguiente ahorro energético.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
35
El uso del ventilador ocupa también un importante lugar en dichas recomendaciones.
Se reseña que consiste en el aparato de climatización que menos gasta energía. Se
recomienda:
●
Mantenerlo en buen estado.
●
No dejarlo encendido innecesariamente.
●
Limpiar periódicamente las aspas.
●
Vigilar la instalación de los ventiladores de techo (ya que si es inadecuada y hace
que éste se encuentre inestable, podría ser peligroso para los usuarios, además de
consumir mayor energía).
Por último, es conveniente anotar que en Venezuela se pueden encontrar
recomendaciones similares a las nombradas en los antecedentes ya expuestos. Dichos
consejos provienen, más que todo, de las compañías locales de electricidad, tal como
Enelven, Enelco, Cadafe, etc.
Obviamente, y como es de esperarse, estos antecedentes sirven para sentar las bases
de un verdadero ahorro de energía, el cual comienza, en primer lugar, por la instalación
de buenos equipos eléctricos, diseñados para tal fin; así como también de la conciencia
mínima necesaria que todo usuario de los principales aparatos eléctricos debe tener de
forma básica e innata. A partir de estas recomendaciones y consejos se sustentará el
presente proyecto de investigación, el cual no las echará por tierra o las pondrá a un
lado, sino que serán requisitos preliminares para la implantación posterior de un
sistema de control de equipos eléctricos.
En otras palabras: el sistema de control a ser propuesto en este proyecto no será
mágico: necesitará de la cooperación de las personas e instituciones que lo utilicen
mediante las medidas convencionales que se conocen comúnmente para ahorrar
electricidad. Dichas medidas corresponden a toda la serie de disposiciones e
instrucciones encontradas en estos antecedentes.
2. Bases Teóricas.
A continuación se expondrá la teoría básica necesaria para el desarrollo del presente
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
36
proyecto de investigación. Se referirá a los aspectos básicos inherentes a Teoría de
Controles, tomado de (Ogata, 1993) y (Kuo, 1986).
2.1. Sistemas de Control: aspectos generales sobre sus diversos usos.
En los últimos años los sistemas de control han adoptado un papel de creciente
importancia en el desarrollo y avance de la civilización y tecnología modernas. A nivel
doméstico,
los
controles
automáticos
en
los
sistemas
de
calefacción
y
acondicionamiento de aire regulan la temperatura y la humedad de los hogares
modernos para conseguir ambientes confortables. En la industria, los sistemas de
control automático se encuentran en numerosas aplicaciones, tales como el control de
calidad de productos manufacturados, la automatización, control de maquinarias de
herramientas, sistemas modernos de tecnología espacial y de armas, sistemas de
ordenadores, sistemas de transporte y la robótica. (Kuo, 1986)
Incluso problemas tales como el control de almacenes, control de sistemas sociales y
económicos, y control de sistemas ambientales e hidrológicos, pueden enfocarse desde
el punto de vista de la teoría del control automático, ya que dicha teoría puede aplicarse
a sistemas que no necesariamente son físicos. (Kuo, 1986)
A continuación se darán los detalles de algunas definiciones básicas e importantes que
sustentan a los sistemas de controles, así como también se hará una clasificación de
dichos sistemas con respecto a determinadas características.
2.2. Definiciones en el campo de la Teoría de Control.
2.2.1. Variables controladas y manipuladas.
La variable controlada es una cantidad o condición que se mide y controla. La variable
manipulada es la cantidad o condición modificada por el controlador, a fin de afectar a
la variable controlada. Normalmente la variable controlada es la salida del sistema.
Control significa medir el valor de la variable controlada del sistema, y aplicar al sistema
la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al
valor deseado. (Ogata, 1993)
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
37
2.2.2. Plantas.
Una planta es un equipo, quizás simplemente un juego de piezas de una máquina,
funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Se le
puede llamar planta a cualquier objeto físico que deba controlarse (tal como un horno
de calentamiento, un reactor químico o un vehículo espacial). (Ogata, 1993)
2.2.3. Procesos.
Consiste en una operación o desarrollo natural, caracterizado por una serie de cambios
graduales, progresivamente continuos, que se suceden unos a otros de un modo
relativamente fijo, y que tienden a un determinado resultado o final; o a una operación
voluntaria o artificial progresivamente continua, que consiste en una serie de acciones
controladas o movimientos dirigidos sistemáticamente hacia determinado resultado o
fin.
En otras palabras, un proceso se refiere a cualquier operación que deba controlarse.
Ejemplos de ello son los procesos químicos, económicos ó biológicos. (Ogata, 1993)
2.2.4. Perturbaciones.
Es una señal que tiende a afectar adversamente el valor de la salida de un sistema. Si
la perturbación se genera dentro del sistema, se la denomina interna, mientras que una
perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada. (Ogata,
1993)
2.2.5. Control Retroalimentado.
Es una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia
entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, realizándolo sobre la base
de esta diferencia. Con esto se logra que el sistema de control sea más adaptable a
cualquier cambio no previsto en su diseño, aunque éstos son más costosos desde el
punto de vista económico. Aquí solo se especifican las perturbaciones no previsibles,
ya que las predecibles o conocidas siempre pueden compensarse dentro del sistema.
(Ogata, 1993)
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
38
2.2.6. Sistemas de control retroalimentado.
Se denomina de esta manera a todo sistema que tiende a mantener una relación entre
la salida y alguna entrada de referencia, comparándolas y utilizando la diferencia como
medio de control.
Por ejemplo: un sistema de control de temperatura de una habitación mide
constantemente la temperatura efectiva del recinto, y la compara con la temperatura de
referencia (temperatura deseada), para que, de esta manera, el sistema conecte o
desconecte los equipos de calefacción o refrigeración, de modo que la habitación se
mantenga a una temperatura confortable, independientemente de las condiciones del
exterior.
Los sistemas de control retroalimentado no están limitados al campo de la ingeniería,
sino que se les puede encontrar en áreas ajenas a la misma. Tal como lo es el
organismo humano, el cual se considera un sistema de control muy avanzado debido a
la infinidad de procesos que posee sobre los cuales se ejerce un control determinado.
(Ogata, 1993)
2.2.7. Servosistemas.
Se llama así a un sistema de control retroalimentado en el que la salida es algún
elemento mecánico: sea posición, velocidad o aceleración. Estos servosistemas se
utilizan ampliamente en la industria moderna. También se les llama servomecanismos.
Por ejemplo: con el uso de servosistemas e instrucciones programadas se puede lograr
la operación totalmente automática de maquinarias de herramientas. (Ogata, 1993)
2.2.8. Sistemas de regulación automática.
Es un sistema de control retroalimentado en el que la entrada de referencia o la salida
deseada son, o bien constantes o bien varían lentamente en el tiempo, y donde la tarea
fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las
perturbaciones presentes. La regulación automática de tensión en una planta
generadora eléctrica ante variaciones de carga eléctrica, o los controles automáticos de
presión y temperatura en un proceso químico, constituyen ejemplos de este tipo de
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
39
sistemas. (Ogata, 1993)
2.2.9. Sistemas de control de procesos.
A un sistema de regulación automático, en el que la salida es una variable como
temperatura, presión, flujo, nivel de líquido o pH, se le denomina sistema de control de
proceso. El control de procesos tiene amplia aplicación en la industria. En estos
sistemas con frecuencia se usan controles programados, como el de la temperatura de
un horno de calentamiento, en que la temperatura del mismo se controla según un
programa preestablecido.
Por ejemplo: dicho programa puede consistir en elevar la temperatura a determinado
valor durante un intervalo de tiempo definido, y luego reducir a otra temperatura
prefijada también durante un período predeterminado. En este control el punto de
referencia se ajusta según el cronograma preestablecido. El controlador funciona
entonces manteniendo la temperatura del horno cercana al punto de ajuste variable.
(Ogata, 1993)
2.2.10. Sistemas de control de lazo cerrado.
Con frecuencia se llaman así a los sistemas de control retroalimentado. La señal de
error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación
(que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus derivadas)
entra al controlador para reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor
deseado. El término lazo cerrado implica siempre el uso de la acción de control
retroalimentado para reducir el error del sistema. (Ogata, 1993)
2.2.11. Sistemas de control de lazo abierto.
Los sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control
se denominan de esta manera. En otras palabras, en un sistema de control de lazo
abierto la salida ni se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada. Un
ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica. El remojo, lavado y
enjuague en la lavadora se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
40
salida, es decir, la limpieza de la ropa.
En cualquier sistema de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada
de referencia. Por tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de
operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración.
En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto no cumple su
función asignada. En la práctica, este tipo de control sólo se puede utilizar si la relación
entre la entrada y la salida es conocida, y si no se presentan perturbaciones tanto
internas como externas. Desde luego, tales sistemas no son sistemas de control
retroalimentado. Se debe notar que cualquier sistema de control que funcione sobre
una base de tiempos, es un sistema de lazo abierto. Por ejemplo: el control de tráfico
con señales accionadas en función de tiempos es otro caso de control de lazo abierto.
(Ogata, 1993)
2.2.12. Comparaciones entre sistemas de lazo cerrado y abierto.
Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la
retroalimentación hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a
perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema. De este
modo, es posible utilizar componentes relativamente imprecisos y económicos, y lograr
la exactitud de control requerida en determinada planta, cosa que sería imposible en un
control de lazo abierto.
Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto es
más fácil de lograr, ya que en él la estabilidad no constituye un problema importante.
En cambio, en los sistemas de lazo cerrado, la estabilidad sí es un problema
importante, por su tendencia a sobrecorregir errores que pueden producir oscilaciones
de amplitud constante ó variable.
Hay que puntualizar que para sistemas cuyas entradas son conocidas previamente y en
los que no hay perturbaciones, es preferible utilizar el control de lazo abierto. Los
sistemas de control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan
perturbaciones no previsibles y/o variaciones imprevisibles de componentes del
sistema. Se debe notar que la potencia de salida determina parcialmente el costo, peso
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
41
y tamaño de un sistema de control. La cantidad de componentes utilizados en un
sistema de control de lazo cerrado es mayor a la correspondiente a un sistema de
control de lazo abierto. Así entonces, un sistema de control de lazo cerrado es
generalmente de mayor costo y potencia. Para reducir la potencia requerida por un
sistema, cuando sea posible, es conveniente usar un sistema de control de lazo
abierto. Por lo común resulta menos costosa una combinación adecuada de controles
de lazo abierto y cerrado, lográndose un comportamiento general satisfactorio. (Ogata,
1993)
2.2.13. Sistemas de control adaptables.
Las características dinámicas de la mayoría de los sistemas de control no son
constantes por diversas razones, como el deterioro de los componentes al paso del
tiempo o las modificaciones en los parámetros o en el medio ambiente. Aunque en un
sistema de control retroalimentado se atenúan los efectos de pequeños cambios en las
características dinámicas, si las modificaciones en los parámetros del sistema y en el
medio son significativas, un sistema, para ser satisfactorio, ha de tener capacidad de
adaptación. Adaptación implica la capacidad de autoajustarse o automodificarse de
acuerdo con las modificaciones imprevisibles del medio o estructura. Los sistemas de
control que tienen algún grado de capacidad de adaptación (es decir, el sistema de
control por sí mismo detecta cambios en los parámetros de planta y realiza los ajustes
necesarios en los parámetros del controlador, para mantener un comportamiento
óptimo), se denominan sistemas de control adaptable.
Un sistema de control adaptable es un sistema no estacionario. Las características de
este tipo de sistemas resultan muy atractivas para el diseñador de sistemas, ya que
además de ajustarse a los cambios ambientales, también lo hacen ante errores
moderados del proyecto de ingeniería o incertidumbres, y compensa la eventual falla de
componentes menores del sistema, aumentando, por tanto, la confiabilidad de todo el
sistema. (Ogata, 1993)
2.2.14. Sistemas de control con aprendizaje.
Muchos sistemas de control que aparentemente son de lazo abierto, pueden
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
42
convertirse en sistemas de lazo cerrado si un operador humano se considera como un
controlador, que compara la entrada y la salida y realiza las acciones correctivas
basadas en la diferencia resultante o error.
Si se intenta analizar tales sistemas de control de lazo cerrado con intervención
humana, se encuentra difícil el problema de plantear ecuaciones que describan el
comportamiento del operador humano. En este caso, uno de los muchos factores que
lo complican, es la capacidad de aprendizaje del ser humano. A medida que éste va
adquiriendo experiencia, mejora como elemento de control, y esto debe tomarse en
cuenta al analizar el sistema. En definitiva: los sistemas de control con capacidad para
aprender reciben el nombre de sistemas de control con aprendizaje. (Ogata, 1993)
2.3. Clasificaciones de los sistemas de control.
2.3.1. Lineales versus no lineales.
Esta clasificación se hace de acuerdo con los métodos de análisis y de proyecto.
Estrictamente hablando, los sistemas lineales en la práctica no existen, ya que todos
los sistemas físicos son en cierto grado no lineales. Los sistemas de control con
realimentación lineales son modelos idealizados que construye el analista puramente
para simplicidad de análisis y proyecto.
Cuando los valores de las señales de un sistema de control están limitadas a una gama
en la cual los componentes del sistema presentan características lineales (o sea, se
aplica el principio de superposición), el sistema es esencialmente lineal. Pero cuando
las magnitudes de las señales se extienden fuera de la gama del funcionamiento lineal,
según sea la severidad de la no linealidad, el sistema ya no puede considerarse lineal.
Por ejemplo: los amplificadores usados en los sistemas de control presentan a menudo
el efecto de saturación cuando sus señales de entrada se hacen grandes. Aunque con
bastante frecuencia se introducen intencionadamente características no lineales en un
sistema de control para mejorar su comportamiento o proporcionar un control más
eficaz. Por ejemplo: para conseguir un control de tiempo mínimo, se usa un tipo de
controlador todo o nada (bang-bang o relé). Este tipo de control se encuentra en
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
43
muchos misiles o sistemas de navegación espacial.
Para sistemas lineales existe una gran cantidad de técnicas analíticas y gráficas para el
proyecto y el análisis. Sin embargo, los sistemas no lineales son muy difíciles de tratar
matemáticamente, y no existen métodos generales que puedan usarse para resolver
una amplia clase de sistemas no lineales. (Kuo, 1986)
2.3.2. Invariantes en el tiempo versus variables en el tiempo.
Un sistema de control invariante en el tiempo (también llamado sistema de control con
coeficientes constantes) es aquel en el que los parámetros no varían en el tiempo. La
respuesta de tal sistema es independiente del tiempo en el que se aplica la entrada. En
cambio, un sistema de control variable en el tiempo es aquel en el cual los parámetros
varían con el tiempo; su respuesta depende del tiempo en el que se aplica una entrada.
Ejemplo de un sistema de control variable en el tiempo, es el sistema de control de un
vehículo espacial, en el que la masa disminuye en el tiempo al consumirse combustible
durante el vuelo. (Ogata, 1993)
2.3.3. De tiempo continuo versus de tiempo discreto.
En un sistema de control de tiempo continuo, todas las variables son función de un
tiempo continuo t. Un sistema de control de tiempo discreto abarca una o más variables
que son conocidas sólo en instantes discretos de tiempo. (Ogata, 1993)
2.3.4. Con una entrada y una salida vs múltiples entradas y múltiples salidas.
Un sistema puede tener una sola entrada y una sola salida. Por ejemplo: un sistema de
control de posición, donde hay un comando de entrada (la posición deseada) y una
salida controlada (la posición de salida).
Algunos sistemas pueden tener múltiples entradas y múltiples salidas. Un ejemplo
puede ser: un sistema de control de proceso con dos entradas (entrada de presión y
entrada de temperatura) y dos salidas (presión de salida y temperatura de salida).
(Ogata, 1993)
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
44
2.3.5. Con parámetros concentrados versus con parámetros distribuidos.
Los sistemas de control que pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales
ordinarias, son sistemas de control con parámetros concentrados, mientras que los
sistemas de control con parámetros distribuidos son aquellos que pueden describirse
mediante ecuaciones diferenciales parciales. (Ogata, 1993)
2.3.6. Determinísticos versus estocásticos.
Un sistema de control es determinístico si la respuesta a la entrada es predecible y
repetible. De no serlo, el sistema de control es estocástico. (Ogata, 1993)
2.4. Representación gráfica de los sistemas de control.
2.4.1. Diagramas de bloques.
Un diagrama de bloques de un sistema es una representación gráfica de las funciones
realizadas por cada componente y del flujo de las señales. Tal diagrama indica las
interrelaciones que existen entre los diversos componentes. A diferencia de una
representación matemática puramente abstracta, un diagrama de bloques tiene la
ventaja de indicar en forma más realista el flujo de señales del sistema real.
En un diagrama de bloques, todas las variables del sistema se enlazan entre sí a través
de bloques funcionales. El bloque funcional, o simplemente bloque, es un símbolo de la
operación matemática que el bloque produce a la salida, sobre la señal que tiene a la
entrada. Sobre los bloques correspondientes se colocan generalmente las funciones de
transferencia de los componentes; los bloques están conectados por flechas para
indicar la dirección del flujo de señales. La señal sólo puede pasar en la dirección de
las flechas.
De este modo, un diagrama de bloques de un sistema de control presenta
explícitamente una propiedad o característica unilateral.
La figura No. 01 muestra un elemento del diagrama de bloques. La flecha que apunta
hacia el bloque indica la entrada, y la que se aleja del bloque representa la salida. Tales
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
45
flechas normalmente reciben la designación de señales.
Señal de
acción e
(entrada)
Variable
controlada c
Sistema de control (salida)
Figura 01. Sistema de control básico,
representado por un diagrama de bloques.
Fuente: (Kuo, 1986).
Las ventajas de este tipo de representación gráfica de un sistema consisten en que es
fácil formar el diagrama de bloques global de todo el sistema, colocando simplemente
los bloques de sus componentes de acuerdo con el flujo de señales, y en que es
posible evaluar la contribución de cada componente al comportamiento general de todo
el sistema.
En general, el funcionamiento de un sistema se puede ver más fácilmente examinando
el diagrama de bloques, que analizando el sistema físico en sí.
Un diagrama de bloques contiene información respecto al comportamiento dinámico,
pero no contiene ninguna información acerca de la constitución física del sistema. En
consecuencia, muchos sistemas disímiles, sin relación alguna entre sí, pueden estar
representados por el mismo diagrama de bloques. (Ogata, 1993)
2.4.2. Gráficos de flujo de señal.
Un gráfico de flujo de señal es un diagrama que representa un conjunto de ecuaciones
algebraicas lineales simultáneas. Al aplicar el método de gráficos de flujo de señal al
análisis de sistemas de control, primero hay que transformar las ecuaciones
diferenciales lineales en ecuaciones algebraicas en s.
Un gráfico de flujo de señal consiste en una red en la cual los nodos están conectados
por ramas con dirección y sentido. Cada nodo representa una variable del sistema, y
cada rama conectada entre dos nodos actúa como un multiplicador de señal. Se debe
notar que la señal fluye solamente en un sentido. El sentido del flujo de señal se indica
por una flecha ubicada en la rama y el factor de multiplicación aparece a lo largo de la
rama. Este tipo de representación despliega el flujo de señales de un punto de un
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
46
sistema a otro y da las relaciones entre las señales.
Un gráfico de flujo de señal contiene esencialmente la misma información que un
diagrama de bloques. Si se utiliza un gráfico de flujo de señal para representar un
sistema de control, puede usarse una fórmula de ganancia, denominada fórmula de
ganancia de Mason, para obtener las relaciones entre las variables del sistema sin
necesidad de efectuar la reducción del gráfico. En la figura No. 02 se muestra un
ejemplo de un gráfico de flujo de señal. (Ogata, 1993)
x4 Nodo de entrada
(fuente)
Nodos mixtos
d
a
x2
b
x3
1
x3
Nodo de salida
(sumidero)
x1
Nodo de entrada
(fuente)
c
Figura 02. Ejemplo de un gráfico de flujo de señal.
Fuente: (Ogata, 1993).
2.5. Principios básicos de diseño de sistemas de control.
2.5.1. Requisitos generales.
Todo sistema de control debe ser estable. Esto es un requisito básico. Además de
estabilidad absoluta, un sistema de control debe tener una estabilidad relativa
razonable; es decir, la respuesta debe mostrar un amortiguamiento razonable.
Asimismo, la velocidad de respuesta debe ser razonablemente rápida, y el sistema de
control debe ser capaz de reducir los errores a cero, o a un valor pequeño tolerable.
Cualquier sistema de control, para ser útil, debe satisfacer estos requisitos. (Ogata,
1993)
2.5.2. Teoría de control moderna versus clásica.
La teoría de control clásica utiliza extensamente el concepto de función de
transferencia. Se realiza el análisis y el diseño en el dominio de s y/o el dominio de la
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
47
frecuencia. La teoría de control moderna, que está basada en el concepto del espacio
de estado, utiliza extensamente el análisis vectorial-matricial. El análisis y el diseño se
realizan en el dominio del tiempo.
La teoría de control clásica brinda generalmente buenos resultados para sistemas de
control de una entrada y una salida. Sin embargo, la teoría clásica no puede manejar
los sistemas de control de múltiples entradas y múltiples salidas.
Se debe resaltar que los métodos de diseño clásicos de sistemas de control ponen
énfasis en la comprensión física y utilizan menos matemáticas que los métodos de
control modernos. En consecuencia, los métodos de control clásicos o convencionales
son más fáciles de entender. (Ogata, 1993)
2.5.3. Modelado matemático.
Los componentes que abarcan los sistemas de control son muy diversos. Pueden ser
electromecánicos, hidráulicos, neumáticos, electrónicos, etc. En ingeniería de control,
en lugar de operar con dispositivos o componentes físicos, se les reemplaza por sus
modelos matemáticos.
Obtener un modelo matemático razonablemente exacto de un componente físico es
uno de los problemas más importantes en ingeniería de control. Se debe notar que
para ser útil, un modelo matemático no debe ser ni muy complicado ni excesivamente
simple. Un modelo matemático debe representar los aspectos esenciales de un
componente físico. Las predicciones sobre el comportamiento de un sistema, basadas
en el modelo matemático, deben ser bastante precisas.
Se debe notar también que dados varios sistemas aparentemente diferentes, pueden
representarse todos estos por el mismo modelo matemático. El uso de tales modelos
matemáticos permite a los ingenieros de control desarrollar una teoría de control
unificada. En ingeniería de control se usan ecuaciones diferenciales lineales,
invariantes en el tiempo, funciones de transferencia y ecuaciones de estado, para
modelos matemáticos de sistemas lineales, invariantes en el tiempo y de tiempo
continuo.
Aunque las relaciones de entrada-salida de muchos componentes son no-lineales,
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
48
normalmente esas relaciones se linealizan en la vecindad de los puntos de operación,
limitando el rango de las variables a valores pequeños. Obviamente, tales modelos
lineales son mucho más fáciles de manejar, tanto analíticamente como por
computadora. (Ogata, 1993)
2.5.4. Análisis y diseño de sistemas de control.
Al llegar a este punto es deseable definir qué significan los términos análisis, diseño,
análisis de respuesta transitoria, y otros. Por análisis de un sistema de control se
entiende la investigación, bajo condiciones especificadas, del comportamiento de un
sistema cuyo modelo matemático se conoce. Como cualquier sistema consta de
componentes, el análisis debe comenzar con una descripción matemática de cada
componente. Una vez que se ha elaborado un modelo matemático del sistema
completo, la forma en que el análisis se lleva a cabo es independiente de si el sistema
físico es neumático, eléctrico, mecánico, etc.
Por análisis de respuesta transitoria se entiende generalmente la determinación de la
respuesta de una planta a señales y perturbaciones de entrada. Por análisis de
respuesta en estado estacionario significa la determinación de la respuesta tras la
desaparición de la respuesta transitoria.
Por diseño de un sistema, se entiende hallar uno que cumpla una tarea dada. Si las
características de respuesta dinámica y/o de estado estacionario no son satisfactorias,
se debe agregar un compensador al sistema. En general, el diseño de un compensador
adecuado no es directo, sino que requiere procedimientos de tanteo.
Por síntesis se entiende encontrar, mediante un procedimiento directo, un sistema de
control que se comporte de un modo específico. Generalmente, tal procedimiento es
totalmente matemático de principio a fin del proceso de diseño. Se dispone de
procedimientos de síntesis para el caso de sistemas lineales y para sistemas lineales
de control óptimo.
En años recientes, las computadoras digitales han jugado un importante papel en el
análisis, diseño y operación de sistemas de control. La computadora puede utilizarse
para efectuar los cálculos necesarios, para simular los componentes de un sistema o
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
49
una planta, o para controlar un sistema. El control por computador ha llegado a ser de
uso común, y muchos sistemas de control industrial, de control de vuelo, y de sistemas
de control de robot, utilizan controladores digitales. (Ogata, 1993)
3. Revisión de la literatura.
Se puede empezar este punto indicando la existencia de un proyecto de investigación
desarrollado en la Universidad Autónoma de México (U.N.A.M.), titulado Programa
Universitario de Energía (P.U.E.), realizado en dicha institución durante el período de
Enero a Diciembre de 1996 (Universidad, 1996). El objetivo principal consistió en lo
siguiente: “Proveer el marco de referencia en el que la Universidad encuadre sus
acciones de investigación y desarrollo, de formación de personal y de asesoría y
vinculación a los otros sectores del país, en el campo de la energía” (Universidad,
1996, s/p). Este estudio comprendió una serie de subprogramas; el que más destaca
(relacionado al presente proyecto de investigación) es el proyecto La UNAM: un modelo
nacional de eficiencia energética, cuyos objetivos fueron:
●
Disminuir el gasto monetario a consecuencia del consumo eléctrico de la
Universidad, sin afectar la calidad de los servicios que allí se prestan.
●
Establecer una iluminación adecuada en todas las áreas del recinto universitario.
●
Usar racionalmente la energía eléctrica, promoviendo estándares de instalaciones
de equipos eléctricos.
●
Y lo más importante: impulsar una concientización global que logre el uso racional
de la energía por parte de la comunidad universitaria.
Dicho trabajo ha sido realizado con la participación de profesores, alumnos y pasantes
de la UNAM. En este proyecto se realizaron actividades tales como:
●
Medición del consumo eléctrico de todas las dependencias de la UNAM.
●
Actualización de planos eléctricos (debido a la inexistencia o a la condición de
obsoletos de ciertos planos).
●
Elaboración de manuales técnicos para lograr el uso eficiente de energía en las
dependencias universitarias.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
50
Es de notar que dicho proyecto también buscaba ciertas reformas de los distintos
procesos de administración de energía eléctrica exteriores a la UNAM, pero que de
alguna u otra manera le afectaban directa o indirectamente, tales como:
●
Estudio de la factibilidad de la modificación de la jornada laboral en la Ciudad de
México.
●
Estudio de la viabilidad del uso de la energía solar en la zona metropolitana en
sustitución del Gas Licuado proveniente del Petróleo.
●
Estudio y seguimiento al efecto del cambio de horario de verano impuesto por la
República de México para indagar sobre sus consecuencias reales en el consumo
eléctrico de la UNAM.
El proyecto abarcó la organización de una serie de cursos y seminarios destinados a
dar a conocer a diversos sectores nacionales e internacionales sobre sus objetivos
primarios en materia de energía eléctrica, en lugares nacionales tales como: México
(D.F.), Guadalajara, Toluca, Acapulco y Cancún; y en lugares internacionales, tales
como: Dallas y Boston (Estados Unidos), Nassau (Bahamas), BudaPest (Hungría),
Amsterdam (Holanda), Copenague y Elsingore (Dinamarca), Montevideo (Uruguay), y
Kusadasi (Turquía).
En líneas generales, dicho proyecto se basó en la sustitución de elementos eléctricos
(tales como: luminarias, equipos de refrigeración, etc.) por equipos de mayor eficiencia
eléctrica, lo cual trae como consecuencia un menor consumo energético. Aunque se
puede destacar la elaboración y puesta en marcha de un sistema de monitoreo en
tiempo real implantado en computadoras personales (PC), pero con el objetivo de
recabar datos con la mayor precisión posible para conocer en un primer momento el
consumo real energético de la UNAM. Una vez más, la política de la sustitución se hizo
presente en investigaciones de este tipo, observando por ende muy poco o ningún
interés en diseñar y establecer sistemas automatizados que brinden por sí mismos un
ahorro energético por motivo de un uso eficiente de equipos eléctricos controlados en
todo momento.
El aporte de esta investigación al presente proyecto se basa solamente en la serie de
objetivos generales propuestos por dicha investigación, los cuales, a pesar de ser
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
51
metas alcanzables sin la intervención de sistemas de control automatizados, son
totalmente válidos y necesarios, ya que persiguen el mismo fin que este proyecto:
lograr la optimización del consumo energético.
Existe otro estudio realizado en la región oriental de Venezuela, titulado: Programa de
ahorro de energía eléctrica en los sistemas de iluminación del instituto universitario de
tecnología José Antonio Anzoátegui, Anaco (IUTJAA) (Veltri, 2002), desarrollado en el
instituto indicado en el título mismo durante el año 2002. Allí se expone de una forma
muy detallada y magistral el problema del gasto energético existente a nivel mundial, y
muy específicamente a nivel nacional, especialmente en el momento de la realización
de dicho estudio (año 2002), en donde la generación de la energía eléctrica
confrontaba una grave crisis debido a las condiciones adversas del clima nacional para
aquel momento (períodos muy prolongados de ausencia de lluvias). Se enmarcó muy
profundamente en el ámbito del instituto José Antonio Anzoátegui, en la ciudad de
Anaco, indicando sus necesidades en materia de ahorro energético y las deficiencias
que existían que impedían lograr un adecuado uso de la electricidad dentro del recinto
universitario.
El objetivo general de dicha investigación se basó en el diseño de un programa de
ahorro de energía eléctrica en los sistemas de iluminación de dicho instituto. Abarcó los
siguientes objetivos específicos:
●
Diagnóstico del sistema de energía eléctrica de iluminación actual.
●
Descripción de los equipos de iluminación más adecuados a ser utilizados.
●
Establecimiento y delimitación de los lineamientos del programa para el ahorro de
energía en el IUTJAA.
El autor de dicho trabajo de investigación elaboró un inventario exhaustivo acerca de
todo tipo de luminarias existentes en las instalaciones del IUTJAA, así como también
llevó a cabo una evaluación del sistema eléctrico que dicho instituto poseía. Encontró
graves deficiencias en este último aspecto, por motivo del descuido y la
desorganización imperante en materia de infraestructura, lo cual incidía en el gasto
excesivo de la institución y en la imagen académica y corporativa de la misma, tal como
se señala: “Otra de la problemática que se presenta en la institución y que ocasiona
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
52
gasto de energía eléctrica, corresponde al desbalance de los circuitos de distribución,
que originan una corriente por el conductor neutro, trayendo como consecuencia
pérdida de energía” (Veltri, 2002, s/p); además, también se indica lo siguiente:
“…el deterioro de las instalaciones eléctricas del IUTJAA, Anaco, y la deficiencia en
cuanto a la iluminación hace que la misma no cumpla con la visión que tiene planteada”
(Veltri, 2002, s/p).
El hecho de haberse llevado a cabo un inventario de forma totalmente intensiva y
absoluta le permitió descubrir el tipo de luminarias mayoritariamente existentes, tal
como lo reseña la investigación: “son del tipo convencional, es decir, de efectividad
relativamente baja y de alto consumo, porque están formadas por tubos fluorescentes
de 40 W” (Veltri, 2002, s/p), así como también su cantidad exacta, y su costo de
operación y mantenimiento. También realizó un análisis de los demás equipos
eléctricos instalados en el IUTJAA, encontrándose que las luminarias significaban más
de la mitad del consumo eléctrico, seguidas de los equipos de aire acondicionado.
Con este hallazgo se podrá indagar en la presente investigación (mediante
cuestionarios que serán aplicados a familias e instituciones de la ciudad de Maracaibo)
sobre la importancia del control de las luces y la refrigeración ambiental en hogares y
oficinas, ya que, es muy probable que dicho patrón de existencia y uso de equipos
eléctricos también se repita en esta ciudad. Esto consiste en una de las principales
aportaciones de investigación de Veltri al presente proyecto: proveer, entonces, de un
lineamiento a seguir en cuanto a metodología se refiere; lo cual se traduce en la
indagación de cuáles son los principales equipos eléctricos que mayoritariamente
consumen electricidad.
Con esto, la investigación previa efectuada en el IUTJAA reforzó el planteamiento de su
problema y sus objetivos específicos, demostrando científicamente y colocando en
evidencia a la principal causa del gasto eléctrico: las luminarias. Se indicó además lo
siguiente: “…existe un descontrol en cuanto al apagado de las luces en la institución”
(Veltri, 2002, s/p).
Por tal motivo, se realizó un estudio completo sobre el consumo (en vatios) de cada
una de las luminarias existentes, y se estudió la posibilidad de sustituirlas por otras de
mayor eficiencia eléctrica (con una mayor iluminación pero con un menor consumo de
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
53
energía). También se indicó el impacto económico que dicha sustitución acarrearía al
IUTJAA, pero con beneficios a mediano y a largo plazo en todos los aspectos
cotidianos del instituto.
El programa propuesto por el investigador para alcanzar las metas de un efectivo
ahorro de energía eléctrica en dicho instituto se fomentó en los siguientes aspectos:
•
Uso de luminarias más eficientes, mediante la adquisición e instalación de luces
fluorescentes compactas de mayor rendimiento y menor consumo.
•
Apagado automático de las luminarias, mediante la instalación y uso de sensores
de ocupación en las oficinas y salones de clases (es decir: en los lugares más
concurridos).
•
Mantenimiento de las luminarias, mediante una serie de cambios de lámparas en
grupos al 70 % u 80 % de su vida promedio esperada, y efectuándose también una
limpieza programada de dichas lámparas que, de no realizarse así, se podría ocasionar
entonces un mayor consumo innecesario.
•
Sistema de iluminación eficiente, basado en el aprovechamiento total del diseño
arquitectónico actual; diseño bajo normas, uso apropiado de lámparas, balastos
adecuados y separación de circuitos.
•
Consideraciones generales, las cuales se toman muy en cuenta para conseguir que
el proyecto en su totalidad logre sus fines ahorrativos y no se estanque o se derrumbe
como una novedad pasajera diseñada sin bases sólidas y concretas. Por este último
motivo se plantearon los siguientes puntos:
1.- Una auditoría (de forma periódica y completa) del uso de la energía eléctrica en
todas las instalaciones.
2.- Una lista de control para la administración de la energía eléctrica.
3.- Disponibilidad constante y permanente de las diferentes medidas para el ahorro que
pueden aplicarse en el instituto (tal como la concientización, en todo momento, del
personal trabajador sobre este asunto tan urgente).
Como puede observarse, la única automatización llevada a cabo en dicha investigación
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
54
consistió en la utilización de sensores de ocupación de forma aislada en cada luminaria
o grupo de luminarias relacionadas. De resto, gran parte de la propuesta se basó en la
sugerencia enfocada hacia la utilización de luces de menor consumo, por medio de un
programa de sustitución de luminarias, y un estudio técnico de la factibilidad de dicha
sustitución (costos y beneficios). Ahora bien, la investigación propuesta (Sistema de
Control Mediante el Uso del Computador para la Optimización del Consumo Eléctrico
en el Hogar y la Oficina) apoyará y se apegará a todas las recomendaciones expuestas
en el trabajo mencionado (y también en el anterior, referente a la UNAM), pero tratando
de ir un poco más adelante, insertándose en el campo del control y de la administración
automática de los equipos eléctricos que más consumen electricidad.
4. Sistema de Variables.
Las Variables que existirán en el presente proyecto de investigación serán las
siguientes:
1) Ahorro Eléctrico.
2) Sistema de Control Automatizado.
4.1. Definición de las variables.
4.1.1. Ahorro Eléctrico.
Existen muchas maneras de definir exactamente lo que significa Ahorro Eléctrico.
Puede ser también conocido dicho concepto como Ahorro Energético, en vista de que
gran parte de la Energía que se utiliza hoy en día se presenta en forma de Energía
Eléctrica.
A continuación se presentarán diversas definiciones conceptuales de este concepto,
provenientes, cada una, de diversos autores.
Según Agencia (2004), “Ahorrar Energía significa proteger el medio ambiente y mirar
por nuestro bien. Significa tener buenos hábitos y equipos eficientes” (Agencia, 2004,
s/p).
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
55
Ahora bien, el Tecnológico de Monterrey define: “ahorrar energía no significa vivir en la
oscuridad, sino moderar su consumo” (Monterrey, 2005, s/p). También indica: “Debido
a la facilidad con que podemos usarla [a la energía eléctrica], hay ocasiones en que
olvidamos el inmenso valor que tiene. Pensemos en la economía familiar: el mal uso de
los aparatos electrodomésticos da por resultado un elevado pago de luz” (Monterrey,
2005, s/p).
También se encuentra que Ayuntamiento[2] (2002) indica lo siguiente: “La energía
eléctrica no contamina cuando la consumimos, pero su producción y distribución sí
causan impactos en el medio ambiente. Ahorrar energía también significa conservar la
naturaleza” (Ayuntamiento[2], 2002, s/p).
Servicio (2004) establece lo siguiente:
"El uso eficiente de los aparatos eléctricos no significa disminuir nuestra calidad
de vida, por el contrario, se trata de reflexionar y hacer un cambio de hábito y
actitud que favorezca una mayor eficiencia en el uso de la energía, la protección
de la economía familiar y la preservación de nuestro entorno natural. En concreto,
significa optimizar el uso de cada artefacto, por ejemplo, usar la lavadora con
carga completa, planchar una vez a la semana, apagar las luces que no se están
utilizando, calibrar a la temperatura necesaria el refrigerador y evitar abrirlo
excesivamente. No olvide que los artefactos que producen calor consumen más
electricidad" (Servicio, 2004, s/p).
Sin embargo, Quito (2005) no define explícitamente en qué consiste el ahorro eléctrico,
aunque establece 4 justificaciones para llevar a cabo un ahorro de energía eléctrica:
●
Disminuir los efectos negativos de un estiaje haciéndolos menos severos en el
sector eléctrico.
●
Bajar el valor a pagar de la planilla por consumo de luz.
●
Disminuir la contaminación.
●
Modular la curva de carga.
Por tal motivo, y según lo antes expuesto, para el presente proyecto de investigación,
se definirá el Ahorro Eléctrico (o Ahorro Energético, como quiera llamarse) de forma
operacional tal como sigue: aquel proceso o conjunto de procesos que induzca en las
personas e instituciones practicar buenos hábitos y actitudes con respecto al buen uso
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
56
de la Electricidad, que redunde en una mayor eficiencia en el uso de la energía,
protegiéndose efectivamente la economía familiar y/o empresarial y preservando el
entorno natural. Sus metas no sugieren vivir a oscuras o disminuir la calidad de vida
actual: por el contrario, consiste en velar adecuadamente por el bien común,
preservando la naturaleza (logrando una disminución de la contaminación) mediante la
optimización del uso de cada artefacto eléctrico a través del consumo de solamente lo
necesario (optimización especialmente enfocada en aquellos que producen gran
cantidad de calor, los cuales consumen más electricidad).
La no ejecución de este conjunto de procesos y/o actividades acarrearía un innecesario
gasto monetario, y al mismo tiempo también un progresivo deterioro del medio
ambiente.
4.1.2. Sistema de Control Automatizado.
Se presentarán, seguidamente, una serie de definiciones conceptuales postuladas por
diversos autores.
El Nuevo Diccionario Enciclopédico Ilustrado define a un sistema como: “Conjunto de
elementos relacionados de modo que constituyen un todo estructurado” (Nuevo, 1981).
Velez (2003) describe a un sistema de la siguiente manera: “conjunto de elementos en
interacción. Énfasis en aspectos generales y en las interacciones entre las partes que
lo integran” (Velez, 2003, s/p).
En cuanto al concepto de control, el Diccionario General de la Lengua Española Vox lo
define así: “Comprobación, inspección, intervención; dirección, mando, regulación”
(Spes, 2002, s/p).
Por otro lado, el Nuevo Diccionario Enciclopédico Ilustrado define la palabra control
como lo siguiente: “Inspección, fiscalización, intervención. Dominio, mando” (Nuevo,
1981).
Ahora bien, un sistema de control es definido por Velez (2003) como: “Sistema
diseñado para lograr el comportamiento deseado de un proceso. Puede ser
realimentado o prealimentado, continuo o discreto, en lazo abierto o cerrado, manual o
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
57
automático” (Velez, 2003, s/p).
Según este orden de ideas, y luego de un conveniente análisis crítico, se definirá
entonces (de forma operacional) a un sistema de control automatizado como: aquel
conjunto de elementos relacionados que interactúan entre sí para comprobar,
inspeccionar y regular constantemente el estado de una serie de elementos que se
encuentran bajo su mando, con el fin de dirigir a éstos para cumplir con un conjunto de
lineamientos previamente definidos. No requieren intervención del hombre para poder
funcionar: sólo necesitan una programación previa (prealimentados) para establecer
estos lineamientos o pautas de control; pueden valerse de una realimentación para
ajustarse dinámicamente a los cambios en el estado de dichos elementos dirigidos.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
58
4.2. Operacionalización de las variables.
Objetivo General
Diseñar un sistema de control programable (mediante horarios) e inteligente (mediante detección de
presencia de personas), lo suficientemente asequible para el usuario común, que permita establecer el
encendido y apagado de los principales equipos eléctricos presentes en el hogar y/o la oficina sólo en los
momentos deseados, logrando así la optimización del consumo eléctrico en dichos sitios.
Objetivos Específicos
a) Determinar el consumo
real promedio de los
equipos eléctricos
comúnmente presentes en
hogares y oficinas.
Variable
Dimensión
Indicadores
 Consumo de

b) Analizar el
funcionamiento de
periféricos electrónicos
detectores de movimiento
humano.
 Detector


c) Seleccionar la interfaz
más adecuada que permita
una comunicación fácil y
confiable entre el
computador y los equipos
eléctricos existentes en el
hogar y la oficina.
 Comunicación



d) Diseñar un subsistema
de simulación de presencia
mediante el encendido y
apagado aleatorio de los
principales equipos
eléctricos existentes en el
hogar y la oficina.
 Simulación de



e) Desarrollar un sistema de
control por software,
programable mediante
horarios predefinidos por el
usuario.
 Sistema de


f) Realizar el acoplamiento
entre el sistema de control
por software desarrollado y
los principales equipos
eléctricos existentes en el
hogar y la oficina.
 Interconexión de



electricidad.
 Hogar.
Ahorro Eléctrico  Oficina.
electrónico de
movimiento.
entre aparatos
eléctricos.
Sistema de
Control
Automatizado
presencia en
ambientes
interiores.
control.
 Software.
sistemas con
equipos
controlables.
Clasificación de equipos
eléctricos.
 Cantidad de consumo
(Vatios/Hora).
 Uso racional.
 Sustitución de equipos
ineficientes.
Clasificación de detectores.
Tecnologías utilizadas en
estos.
 Modo de uso.
 Requerimientos técnicos y
económicos.
Comunicaciones remotas.
Cableados.
Tecnologías y protocolos
utilizados.
Tipos de simulaciones.
Utilidad de las simulaciones.
Seguridad en hogares y
oficinas.
 Patrón de uso de equipos
eléctricos.
Elaboración de Horarios.
Análisis de requerimientos
principales.
 Diseño de la solución.
 Implementación (codificación)
de la solución.
Unión de tecnologías.
Pruebas en ambientes reales.
Medición del desempeño.
Tabla No 03. Operacionalización de las Variables.
Fuente: (Becerra, 2005)
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
59
5. Definición de Términos Básicos.
Acoplamiento: Unión de piezas, aparatos, motores, circuitos eléctricos, etc., para
combinar o sumar sus efectos (Nuevo, 1981).
Curva de carga: es una representación gráfica de la potencia demandada en función
del tiempo. El área bajo la curva de dicha gráfica representa la energía consumida en
ese período. Existen zonas de la curva más pronunciadas, a las que se denominan
picos (en las que el requerimiento de potencia es mayor) y otras depresiones
denominadas valles. Una curva modulada es una gráfica en la que tratamos de
desplazar los picos hacia los valles de modo de volverla horizontal y evitar las horas
pico (Quito, 2005, s/p).
Hora pico: existen ciertas horas del día en que la producción de energía eléctrica
resulta más costosa, por cuanto aumenta el consumo por el aumento de
electrodomésticos, focos, letreros luminosos, iluminación pública, industria, comercio,
etc.; y es necesario que entren en operación generadores de energía eléctrica
alimentados con derivados del petróleo, por períodos de tiempo cortos (3 o 4 horas),
que ayuden a las centrales de generación hidráulica que generan electricidad a partir
de la fuerza del agua represada, que mueve las turbinas de dichas centrales. Los
generadores adicionales, encendidos temporalmente, permiten satisfacer el aumento
de la demanda y el consumo. En otras palabras, se necesita de una mayor cantidad de
agua, así como de combustible fósil (diesel y/o bunker) en los momentos críticos (horas
picos), lo cual trae como consecuencia aumento de los costos. También se le llama
pico de demanda (Quito, 2005, s/p).
Energía Eléctrica: es un concepto asociado al tiempo y a la potencia nominal de una
determinada carga eléctrica. La unidad de medida de la energía eléctrica es el
kilovatio-hora o kWh (ICE, 2001, s/p).
Estiaje: Nivel más bajo que tienen las aguas de un río, laguna, etc., en épocas de
sequía. Período que dura este nivel bajo (Nuevo, 1981).
Obsoleto: Anticuado, inadecuado a las circunstancias actuales (Nuevo, 1981).
Óptimo: Muy bueno, que no puede ser mejor (Nuevo, 1981).
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
60
Potencia eléctrica: es la velocidad a la cual se obtiene o se gasta la energía como
energía térmica en un circuito. Está dada por la ecuación: P=W / t ; donde W es el
trabajo hecho por una fuente de voltaje con un potencial V sobre una carga q (W = q.V)
(Wilson, 1996).
Temporizador: es un circuito que se utiliza para activar aparatos u otros circuitos
durante un tiempo determinado. Una vez que ha transcurrido ese tiempo, el circuito se
apaga. Tiene múltiples aplicaciones: para activar una máquina durante un período de
tiempo y luego apagarla, en el hogar, para la cocina, en fotografía, en juguetes
electrónicos, y muchas más (CEKIT, 1993).
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
1. Tipo de Investigación.
El presente proyecto de tesis se desarrollará según el tipo de investigación Proyecto
Factible, motivado por las siguientes razones: Balestrini (2001) describe a los proyectos
factibles de la siguiente forma: “Este tipo de estudios... ...sustentados en un modelo
operativo de una unidad de acción, están orientados a proporcionar respuestas o
soluciones a problemas planteados en una determinada realidad: organizacional,
social, económica, educativa, etc.” (p. 8).
Más adelante continúa esta autora indicando que, en esta clase de proyectos,
primeramente se realiza un diagnóstico de la situación presente del problema a ser a
ser abordado, seguido de una completa recolección de todas las necesidades
existentes en dicha situación, de tal forma que se delimite de esta manera la propuesta
final a ser presentada, y se haga una adecuada formulación del modelo operativo
correspondiente a todo aquello que exija el problema elegido; tal como lo indica:
“...la delimitación de la propuesta final pasa inicialmente por la realización de un
diagnóstico de la situación existente y la determinación de las necesidades del
hecho estudiado, para formular el modelo operativo en función de las demandas
de la realidad abordada” (Balestrini, 2001, p. 8).
Además, el problema planteado en este proyecto de investigación, referente al diseño e
implantación de un sistema de control para lograr la optimización del consumo eléctrico,
sugiere que se ejecute bajo la modalidad de proyecto factible debido a que dicho
sistema solucionará el problema de la carencia y/o ausencia de este tipo de control en
diversos establecimientos e instituciones zulianas (en este caso, en hogares y oficinas),
lo cual conlleva a un gasto energético exagerado y descontrolado.
Se puede observar la simple relación existente entre la realidad problemática de índole
social, económica y cultural (que consiste en el derroche de energía eléctrica motivado
por un total descontrol del uso de equipos eléctricos) y la solución a dicho problema, la
cual consiste en el sistema a ser desarrollado e implementado en este proyecto, para
eliminar y/o reducir la problemática encontrada. Esto indica, de forma muy clara, una
perfecta vinculación entre estos dos elementos que sólo puede ser expresada mediante
una investigación del tipo: proyecto factible.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
62
Por tal motivo, el diagnóstico de la situación problema y la determinación de las
necesidades existentes se efectuarán en este proyecto de una forma rigurosa y
metódica, para así delimitar los alcances y limitaciones del sistema a ser propuesto.
2. Modalidades del Estudio o Diseño de Investigación.
Balestrini (2001) define al diseño de investigación como: “...plan global que guía el
proceso de recolección, procesamiento y análisis de los datos dentro de un estudio; a
partir del cual se integran y relacionan los objetivos con las técnicas de recolección de
los datos y los análisis previstos” (p. 8).
De la misma forma, esta autora señala que existe una variedad de formas de clasificar
a los diseños de investigación, “...pero de manera primaria, en relación al tipo de datos
que se deben recolectar, estos se pueden clasificar en diseños de campo y diseños
bibliográficos” (Balestrini, 2001, p. 131).
Además, también se indica por ella misma, que los estudios exploratorios, descriptivos,
diagnósticos, evaluativos, los causales y los proyectos factibles siempre se situarán
dentro de los diseños de campo.
Un diseño de campo se puede definir como:
“...una relativa y circunscrita área de estudio, a través de la cual los datos se
recogen de manera directa de la realidad en su ambiente natural, con la aplicación
de determinados instrumentos de recolección de información, considerándose de
esta forma que los datos son primarios; por cuanto se recogen en su realidad
cotidiana natural observando, entrevistando o interrogando a las personas
vinculadas con el problema investigado” (Balestrini, 2001, p. 8).
Además, este tipo de diseños permiten:
“profundizar en la comprensión de los hallazgos encontrados con la aplicación de
los instrumentos; y proporcionarle al investigador una lectura de la realidad objeto
de estudio más rica en cuanto al conocimiento de la misma, para plantear
hipótesis futuras en otros niveles de investigación” (Balestrini, 2001, p. 132).
A su vez, los diseños de campo se pueden subdividir en experimentales y no
experimentales. Los proyectos factibles se ubican en el tipo de diseño de campo no
experimental, debido a que: “...se observan los hechos estudiados tal como se
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
63
manifiestan en su ambiente natural, y en este sentido, no se manipulan de manera
intencional las variables” (Balestrini, 2001, p. 132).
Por tal motivo, se puede afirmar que la presente investigación corresponde a un diseño
de investigación enmarcada bajo la modalidad de diseño de campo no experimental
(gracias a su condición de ser una investigación del tipo proyecto factible), ya que,
efectivamente, se requerirá de una recolección de datos de manera directa en el
ambiente natural en donde ocurre el problema (gasto energético en hogares y oficinas
zulianas), indagando y preguntando a los entes protagonistas del problema sobre la
manera en la cual ocurre el fenómeno en sus realidades cotidianas, mediante el uso de
técnicas e instrumentos de recolección de datos definidos posteriormente en este
capítulo.
Las variables propuestas con las cuales se trabajará (Ahorro Eléctrico y Sistema de
Control Automático) no se manipularán a voluntad en la investigación (lo cual permitiría
que se pudieran observar, detallar y explicar las consecuencias de cada tipo de
manipulación). Simplemente dichas variables se encontrarán en un estado de cosas
determinado por la realidad presente, y se espera que con la solución a ser propuesta
se logre solucionar el problema existente en dicha realidad. Se puede corroborar que
no se desea modificar el estado actual de dichas variables: por el contrario, se trabajará
con los valores y parámetros de cada una para construir, a partir de ellas, una
respuesta al problema en particular.
Es importante aclarar que el diseño de campo no experimental será del modo
transeccional, debido a que se describirán las variables tal y como se manifiestan en la
realidad, tomando en cuenta su interrelación y su incidencia; además, se efectuará una
recolección de datos en una única oportunidad (es decir: en un sólo momento)
(Balestrini, 2001). A diferencia de los diseños de campo no experimentales del modo
longitudinal, los cuales recaban datos en diferentes períodos de tiempo, para que, de
esa manera, se puedan observar los cambios producidos en relación a las variables
estudiadas (mediante el análisis de, por ejemplo, valores anteriores y valores actuales;
o mediante el descubrimiento de una tendencia de valores).
Además, será del tipo transeccional descriptivo, el cual permite “...indagar la incidencia
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
y los valores como se manifiesta una o
64
más
variables
estudiadas
en
una
determinada situación” (Balestrini, 2001, p. 133).
3. Población de la Investigación.
Chávez define a la población de una investigación como: “...el universo de la
investigación, sobre el cual se pretende generalizar los resultados. Está constituida por
características o estratos que le permiten distinguir los sujetos, unos de otros” (p. 162).
Dicha población de la presente investigación estará integrada por todos los hogares y
empresas existentes en la ciudad de Maracaibo. Se están indicando entonces dos
poblaciones de estudio: aquella constituida únicamente por los hogares (lo cual incluye:
casas, quintas, apartamentos, vecindades, etc.), y aquella que abarca únicamente a las
empresas e instituciones (en donde se considerarán: clínicas, hospitales, institutos de
educación, bancos, edificios gubernamentales, etc.).
Indiscutiblemente, estas poblaciones son extremadamente grandes (especialmente la
primera): si se estima un promedio de cinco personas por cada hogar unifamiliar (es
decir: donde solamente habita 1 familia), consistiendo éstas por: el padre, la madre y
tres hijos; y dado que la población actual de la ciudad de Maracaibo es,
aproximadamente, de 2 millones de habitantes (ya que existían para el año 2002 la
cantidad de 1.706.547 habitantes según (Venezuela)); se estaría hablando entonces de
aproximadamente 400.000 hogares marabinos.
Mientras tanto, el número de empresas e instituciones (todas con una alta cantidad de
oficinas y salas de trabajo) se encuentra constituida aproximadamente por 1185
(Verdejo, 2005). Este último dato corresponde a las empresas de la categoría
Contribuyentes Especiales (las cuales consisten en instituciones que poseen una
infraestructura considerable, ya que poseen, cada una de ellas, más de 30.000
unidades tributarias); ofrecido por el Seniat a comienzos del año 2005. Sin embargo,
esta no sería la cantidad total de empresas existentes en la ciudad, primeramente
porque el dominio del Seniat abarca a todo el estado Zulia. Además, es muy probable
que las instituciones registradas en el Seniat difieran a las registradas en otros
organismos, tales como la Cámara de Comercio de Maracaibo o la Cámara de
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
65
Industriales del Estado Zulia. Pero el dato de las poblaciones de empresas en esas
cámaras no pudo obtenerse.
La primera población objeto de estudio corresponde a una población infinita, entendida
esta por aquella que supera las 100.000 unidades (Chávez, 1997). Mientras que la
segunda población encaja perfectamente en una población catalogada finita (de menos
de 100.000 elementos).
4. Muestra de la Investigación.
Se entiende por muestra como:
“...una porción representativa de la población, que permite generalizar sobre ésta
los resultados de una investigación. Es la conformación de unidades, dentro de un
subconjunto, que tiene por finalidad integrar las observaciones (sujetos, objetos,
situaciones, instituciones u organizaciones o fenómenos) como parte de una
población. Su propósito básico es extraer información que resulta imposible de
estudiar en la población, porque ésta última incluye la totalidad” (Chávez, 1997, p.
164).
El tamaño de muestra adecuado se calculará utilizando un procedimiento sencillo y
netamente científico, llamado Tabla para la determinación de una muestra, de Arkin y
Colton (1956) (Chávez, 1997, p. 165). Esta tabla permite realizar dicho cálculo para
márgenes de error de 1%, 2%, 3%, 4%, 5% y 10%, en poblaciones que van desde las
500 unidades hasta las 100.000, incluso también indica el tamaño de muestra para una
población infinita. Este instrumento servirá para aplicarse tanto a la población referente
a la cantidad total de hogares marabinos (población infinita), como también a la
población referente a la cantidad de empresas e instituciones de la ciudad de
Maracaibo (población finita).
A continuación, se mostrará dicha tabla:
Amplitud de
Amplitud de la muestra para márgenes de error abajo indicados
la Población
1%
2%
3%
500
--
--
--
1000
--
--
--
4%
-385
5%
10%
222
83
286
91
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
Amplitud de
66
Amplitud de la muestra para márgenes de error abajo indicados
la Población
1%
2%
3%
4%
5%
10%
1500
--
--
638
441
316
94
2000
--
--
714
476
333
95
2500
--
1250
769
500
345
96
3000
--
1364
811
517
353
97
3500
--
1458
843
530
359
97
4000
--
1538
870
541
364
98
4500
--
1607
891
549
367
98
5000
--
1667
909
556
370
98
6000
--
1765
938
566
375
98
7000
--
1842
959
574
378
99
8000
--
1905
976
580
381
99
9000
--
1957
989
584
383
99
10000
5000
2000
1000
588
385
99
15000
6000
2143
1034
600
390
99
20000
6667
2222
1053
606
392
100
25000
7143
2273
1064
610
394
100
50000
8333
2381
1087
617
397
100
100000
9091
2439
1099
621
398
100
INFINITO
10000
2500
1111
625
400
100
Tabla No 04. Tabla para la determinación de una muestra.
Fuente: Chávez (1997)
Para ambas poblaciones, se escogerá un tamaño de muestra con un margen de error
permitido de 5%.
Como puede observarse en la tabla adjunta (mostrada anteriormente), para la primera
población (netamente infinita) el tamaño que dicha tabla indica es de 400 unidades, es
decir, 400 hogares que se seleccionarán.
Para la segunda población (finita, de entre 1000 y 1500 unidades), el tamaño adecuado
que indica dicha tabla es de 286 y 316 unidades, respectivamente; es decir, de entre
286 a 316 empresas e instituciones que serán seleccionadas. Se escogerá la cantidad
de 316 elementos, ya que es preferible tomar muestras por exceso que por defecto.
Ahora bien, es necesario establecer el tipo de muestreo que será aplicado en cada una
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
67
de las 2 poblaciones existentes. El tipo de muestreo:
“...constituye un conjunto de operaciones que realiza el investigador para
seleccionar la muestra que integrará la investigación. Es una técnica que se
emplea para escoger los sujetos, objetos o fenómenos de un estudio, cuya
determinación se debe insertar en el ante-proyecto o tesis de grado” (Chávez,
1997, p. 167).
El muestreo a ser utilizado será entonces del tipo aleatorio, probabilístico o al azar,
entendido éste como:
“...las muestras que se obtienen mediante procedimientos basados en la Ley de
los grandes números y cálculo de las probabilidades, eliminando posibles
arbitrariedades con una determinación al azar. Es decir, todos los sujetos de la
población tienen la misma probabilidad de ser incluidos en la muestra” (Chávez,
1997, p. 167).
Específicamente se trabajará con un muestreo irrestrictamente aleatorio o sin
reemplazamiento, en donde cada elemento que se selecciona no se devuelve al
conjunto o universo (Chávez, 1997). Es lógico que las dos muestras aquí presentadas
se constituyan cada una del tipo aleatorio sin reemplazamiento, debido a que sería
indeseable que un hogar, por ejemplo, sea encuestado más de una vez.
5. Técnicas o instrumentos de Recolección de Datos.
Un instrumento de recolección de datos “es cualquier recurso de que se vale el
investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información” (Reyes,
2005, s/p).
Es importante también establecer lo siguiente:
“El instrumento sintetiza en sí toda la labor previa de investigación: resume los
aportes del marco teórico al seleccionar datos que corresponden a los indicadores
y, por lo tanto, a las variables y conceptos utilizados; pero también sintetiza el
diseño concreto elegido para el trabajo. Mediante una adecuada construcción de
los instrumentos de recolección, la investigación alcanza la necesaria
correspondencia entre teoría y hechos” (Reyes, 2005, s/p).
Ahora bien, existen 2 tipos de datos existentes en toda investigación: datos primarios y
datos secundarios. A continuación se definirán:
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
68
“Datos primarios: son aquellos que el investigador obtiene directamente de la
realidad, recolectándolos con sus propios instrumentos.
Datos secundarios: son registros escritos que proceden también de un contacto
con la práctica, pero que ya han sido elegidos y procesados por otros
investigadores.” (Reyes, 2005, s/p).
Se pueden definir (para la presente investigación), que los datos primarios consistirán
en la indagación necesaria que ha de realizarse en los hogares y establecimientos
empresariales con respecto al uso de sus equipos eléctricos, con cuestiones tales
como: ¿cuánto tiempo utilizan cada tipo de equipo?, ¿quién lo controla?, ¿qué cantidad
de equipos poseen?, etc.
Estos datos primarios han de obtenerse mediante la aplicación de cuestionarios
convenientemente diagramados, que permitan una fácil obtención de información y una
rápida tabulación, organización y análisis de los elementos informativos obtenidos. Se
compondrán, más que todo, de preguntas cerradas (en donde exista una serie de
opciones: sólo una de ellas podrá ser escogida por el consultado), de preguntas
directas (relativas de forma inmediata a la realidad en la cual está inmerso el ente
consultado) y de listas de preferencia y ordenamiento de opciones (en donde se le
presenta al sujeto en cuestión “...una serie de afirmaciones, frases, opciones, etc. y él
las debe ordenar según su grado de preferencia” (Reyes, 2005, s/p)).
Un cuestionario se define por Reyes (2005) como:
“un método para obtener información de manera clara y precisa, donde existe un
formato estandarizado de preguntas y donde el informante reporta sus
respuestas. Es un instrumento indispensable para llevar a cabo entrevistas
formalizadas, pero puede usarse independientemente de éstas. En tal caso, se
entregará al informante el cuestionario para que éste, por escrito, consigne por sí
mismo las respuestas. Es claro que no se trata de una entrevista, pues no existe
el elemento de interacción personal que la define” (Reyes, 2005, s/p).
Posee una gran ventaja operativa: involucran una gran economía del tiempo y esfuerzo
que, de otra manera, ha de emplearse para obtener la información, ya que “...pueden
enviarse por correo, dejarse en algún lugar apropiado o administrarse directamente a
grupos reunidos al efecto” (Reyes, 2005, s/p). Pero su principal desventaja consiste en
el desconocimiento (por parte del investigador) de las primeras reacciones e
impresiones por parte del individuo consultado. Estas reacciones podrían ser muy
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
69
provechosas para la captación de aquellos datos que corresponden al comportamiento
y actitud del sujeto frente al tema del cual se le está consultando. Además, “...las
confusiones o malentendidos pueden multiplicarse, pues no existe la posibilidad de
consultar sobre dudas específicas o de orientar una respuesta hacia su mayor
profundización o especificación”.
“Una vez que se redacta el conjunto de preguntas que constituyen un cuestionario, es
necesario revisarlas para asegurarse de su consistencia y eliminar los posibles errores
y omisiones” (Reyes, 2005, s/p). Además, parte de esta revisión, que ha de realizarse
de forma netamente imprescindible, consiste en la aplicación de una prueba piloto, la
cual se refiere a lo siguiente: “administrar el cuestionario a un conjunto reducido de
personas para calcular su duración, conocer sus dificultades y corregir sus defectos,
antes de aplicarlo a la totalidad de la muestra” (Reyes, 2005, s/p).
Por otra parte, los datos secundarios (referidos al presente proyecto) consisten en
todas aquellas bases teóricas que servirán de plataforma para el desarrollo del
proyecto; así como también todos aquellos antecedentes existentes. Podrían consistir
en todas aquellas teorías referentes al funcionamiento de cada elemento electrónico
que compondrá el sistema de control automatizado a ser desarrollado. Es por ello que
se definió previamente un objetivo específico que indicaba la familiarización y usos
preliminares de los distintos dispositivos a ser introducidos en la propuesta del sistema
a ser creado, para que, de esta manera, se pudiese alcanzar un mayor dominio de
ellos: conocer sus fortalezas y debilidades, así como también escoger los más
apropiados e idóneos.
Estos datos secundarios se obtendrán mediante la visita programada a bibliotecas e
instituciones académicas relacionadas con el área de investigación del presente
proyecto. Se consultarán libros, revistas científicas, boletines informativos, sitios web,
publicaciones periódicas, etc.
Para estos tipos de fuentes documentales se utilizará un instrumento denominado ficha
bibliográfica, entendida ésta como: “...una simple guía para recordar cuáles libros o
trabajos han sido consultados o existen sobre un tema” (Reyes, 2005, s/p). Pueden
clasificarse de 2 formas: fichas textuales y fichas de contenido. Las primeras “...además
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
70
de poseer los datos del libro, constan de párrafos o trozos seleccionados que aparecen
en la obra, o de estadísticas, cuadros y otros datos semejantes” (Reyes, 2005, s/p), sin
la alteración, claro está, de ningún tipo de cada frase o elemento informativo registrado
en ellas, para que de esa manera se respete completamente el derecho de autor. Las
segundas “...aparte de poseer los datos comunes a toda ficha, consisten en resumenes
o síntesis de párrafos, capítulos o aún de la obra entera” (Reyes, 2005, s/p).
También ha de indicarse que deberán utilizarse todas aquellas técnicas relacionadas
con todo tipo de análisis documental que se realiza sobre cada una de las fuentes
bibliográficas: “análisis de contenido, observación documental, presentación resumida
de un texto, resumen analítico y análisis crítico” (Balestrini, 2001, p. 147). Estas
técnicas “...al mismo tiempo, falicitarán la redacción del trabajo escrito” (Balestrini,
2001, p. 147). También han de utilizarse todas aquellas “...técnicas operacionales para
el manejo de las fuentes documentales, a saber: de subrayado, fichaje, bibliográficas,
de citas y notas de referencias bibliográficas y de ampliación de texto, construcción y
presentación
de
índices,
presentación
de
cuadros,
gráficos
e
ilustraciones,
presentación del trabajo escrito” (Balestrini, 2001, p. 147).
6. Metodología a utilizar.
Antes de definir la metodología a ser utilizada en el presente proyecto de investigación,
es conveniente primero establecer una serie de conceptos, presentados a continuación:
La Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación, en la Universidad
Politécnica de Madrid indica que todo proyecto posee tres grandes etapas generales:
“Fase de planificación. Se trata de establecer cómo el equipo de trabajo deberá
satisfacer las restricciones de prestaciones, planificación temporal y coste. Una
planificación detallada da consistencia al proyecto y evita sorpresas que nunca
son bien recibidas.
Fase de ejecución. Representa el conjunto de tareas y actividades que suponen la
realización propiamente dicha del proyecto, la ejecución de la obra de que se
trate. Responde, ante todo, a las características técnicas específicas de cada tipo
de proyecto y supone poner en juego y gestionar los recursos en la forma
adecuada para desarrollar la obra en cuestión. Cada tipo de proyecto responde en
este punto a su tecnología propia, que es generalmente bien conocida por los
técnicos en la materia.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
71
Fase de entrega o puesta en marcha. Como ya se ha dicho, todo proyecto está
destinado a finalizarse en un plazo predeterminado, culminando en la entrega de
la obra al cliente o la puesta en marcha del sistema desarrollado, comprobando
que funciona adecuadamente y responde a las especificaciones en su momento
aprobadas. Esta fase es también muy importante no sólo por representar la
culminación de la operación sino por las dificultades que suele presentar en la
práctica, alargándose excesivamente y provocando retrasos y costes imprevistos”
(Gestión, 2004, s/p).
Ahora bien, los proyectos de software de sistemas requieren de una compleja
metodología de trabajo, que permita llevar un control total de todos los elementos
inherentes a dicho sistema, así como también de establecer adecuadamente los
requisitos y llevarlos a la práctica de una forma correcta y con calidad, que satisfaga
totalmente la necesidad por la cual fue diseñado y desarrollado el sistema.
Existen actualmente una serie de métodos y técnicas que favorecen el cumplimiento de
los objetivos trazados en todo proyecto de software: unos más que otros, debido a que
unos están mejor enfocados en abordar más eficientemente determinados problemas
que otros. Por tal razón se encuentran metodologías diversas; las más conocidas son:
el ciclo de vida lineal (conocida como la metodología clásica), ciclo de vida con
prototipado y ciclo de vida en espiral (entre otras).
Se debe definir entonces el concepto exacto de ciclo de vida:
“Todo proyecto de ingeniería tiene unos fines ligados a la obtención de un
producto, proceso o servicio que es necesario generar a través de diversas
actividades. Algunas de estas actividades pueden agruparse en fases porque
globalmente contribuyen a obtener un producto intermedio, necesario para
continuar hacia el producto final y facilitar la gestión del proyecto. Al conjunto de
las fases empleadas se le denomina ciclo de vida.” (Gestión, 2004, s/p).
Las distintas formas de agrupar las actividades, así como también los productos que se
generan en cada una de ellas pueden ser de muy diversas formas. Es por ello que
existen en la actualidad distintas metodologías de desarrollo de software de sistemas.
Se expondrán a continuación cada una de ellas:
“Ciclo de vida lineal: Es el más utilizado, siempre que es posible, precisamente por
ser el más sencillo. Consiste en descomponer la actividad global del proyecto en
fases que se suceden de manera lineal, es decir, cada una se realiza una sola
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
72
vez, cada una se realiza tras la anterior y antes que la siguiente. Con un ciclo
lineal es fácil dividir las tareas entre equipos sucesivos, y prever los tiempos
(sumando los de cada fase).
Requiere que la actividad del proyecto pueda descomponerse de manera que una
fase no necesite resultados de las siguientes (realimentación), aunque pueden
admitirse ciertos supuestos de realimentación correctiva. Desde el punto de vista
de la gestión (para decisiones de planificación), requiere también que se sepa
bien de antemano lo que va a ocurrir en cada fase antes de empezarla.
Ciclo de vida con prototipado: A menudo ocurre en desarrollos de productos con
innovaciones importantes, o cuando se prevé la utilización de tecnologías nuevas
o poco probadas, que las incertidumbres sobre los resultados realmente
alcanzables, o las ignorancias sobre el comportamiento de las tecnologías,
impiden iniciar un proyecto lineal con especificaciones cerradas.
Si no se conoce exactamente cómo desarrollar un determinado producto o cuáles
son las especificaciones de forma precisa, suele recurrirse a definir
especificaciones iniciales para hacer un prototipo, o sea, un producto parcial (no
hace falta que contenga funciones que se consideren triviales o suficientemente
probadas) y provisional (no se va a fabricar realmente para clientes, por lo que
tiene menos restricciones de coste y/o prestaciones). Este tipo de procedimiento
es muy utilizado en desarrollo avanzado.
Ciclo de vida en espiral: Puede considerarse como una generalización del anterior
para los casos en que no basta con una sola evaluación de un prototipo para
asegurar la desaparición de incertidumbres y/o ignorancias. El propio producto a
lo largo de su desarrollo puede así considerarse como una sucesión de prototipos
que progresan hasta llegar a alcanzar el estado deseado. En cada ciclo (espirales)
las especificaciones del producto se van resolviendo paulatinamente.
A menudo la fuente de incertidumbres es el propio cliente, que aunque sepa en
términos generales lo que quiere, no es capaz de definirlo en todos sus aspectos
sin ver como unos influyen en otros. En estos casos la evaluación de los
resultados por el cliente no puede esperar a la entrega final y puede ser necesaria
repetidas veces” (Gestión, 2004, s/p).
Como puede observarse, esta última metodología de proyectos de software es la más
completa de las tres metodologías presentadas. La segunda (ciclo de vida prototipado)
sugiere que las fases o actividades correspondientes a la primera (ciclo de vida lineal)
se repitan dos veces: una para el prototipo inicial, y otra para el producto final. Esto
indica un refinamiento y un mejor control de desarrollo de software, además, refleja en
gran parte el comportamiento de los grupos de desarrolladores de software y los
clientes en un proyecto determinado: es muy probable (y además, muy deseable) que
el cliente observe un prototipo inicial que suministre una idea clara de cómo quedará el
producto una vez que éste haya sido terminado.
El problema es que este prototipo sólo se da una sola vez. El ciclo de vida en espiral
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
73
resuelve este inconveniente, ya que en la gran mayoría de casos de la vida real, “...no
basta con una sola evaluación de un prototipo...” (Gestión, 2004, s/p), sino que es
necesario la modelación de varios de ellos, de tal forma que se vaya refinando el
producto (es decir: vaya evolucionando) tanto a los ojos de los ingenieros y
programadores como también a los ojos del cliente, y así se pueda obtener finalmente
una solución lo más fielmente posible a como deseaba el cliente desde el primer
momento. Además, es muy probable (tal como se indicó en la definición del ciclo de
vida en espiral), que dicho cliente no sepa realmente lo que desea sino observando
sucesivos avances del proyecto, dejándole plena libertad de participar activamente
durante casi todas las fases del proyecto. Esto solamente lo logra el modelo en espiral.
Por tal motivo, ésa será la metodología a ser utilizada para el desarrollo del sistema de
control automatizado para la optimización del gasto energético en el hogar y la oficina.
Aunque existirán elementos y dispositivos nuevos o poco probados (véase la definición
del ciclo de vida prototipado) en un sistema como éste, es preferible trabajar mediante
un modelo que permita evolucionar e ir madurando poco a poco el producto, para que
así esté más acorde con la tónica de desarrollo propia de una investigación de
pregrado. El cliente será precisamente el asesor de contenido, quién deseará en todo
momento observar y tomar parte en el desarrollo del proyecto de investigación, y quién,
además, “...no puede esperar a la entrega final...” (Gestión, 2004, s/p), y evaluará
constantemente versiones cada vez más mejoradas del producto.
Ahora bien, el modelo en espiral (creado por B. Boehm en 1988), “...ha sido
desarrollado para cubrir las mejores características tanto del ciclo de vida clásico, como
de la creación de prototipos, añadiendo al mismo tiempo un nuevo elemento: el análisis
de riesgo” (Castro, 1998, s/p).
Este modelo define 4 actividades principales, indicadas en el siguiente gráfico y
explicadas a continuación:
1) Planificación: determinación de objetivos, alternativas y restricciones.
2) Análisis de riesgo: análisis de alternativas e identificación/resolución de riesgos.
3) Ingeniería: desarrollo del producto del siguiente nivel.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
74
4) Evaluación del cliente: Valorización de los resultados de la ingeniería.
Recolección de requisitos
y planificación del
proyecto iniciales
Planificación
Análisis de
riesgo
Análisis de riesgo basado
en los requisitos iniciales
Análisis de riesgo basado
en la reacción del cliente
Planificación basada en
los comentarios del cliente
Decisión de seguir o no
Evaluación del cliente
Evaluación del
cliente
Ingeniería
Hacia el sistema final
-Prototipo inicial de software
-Prototipo del siguiente nivel
-Sistema de Ingeniería
Figura 03. Actividades principales del modelo en espiral
Fuente: Castro (1998)
Como puede observarse en la Figura No. 03, cada una de estas cuatro fases se
realizan por cada vuelta de la espiral. Cada una de estas vueltas constituye una versión
del software, cada vez más refinada y con mayor cantidad de elementos ya
desarrollados y depurados.
El control en este tipo de modelo se ejerce siempre en la fase de la determinación
riesgos: dicha fase es quién determina si se debe seguir con el proyecto (cuando el
riesgo es bajo) o culminar dicho proyecto (cuando se tiene un riesgo demasiado alto).
Cada vez que se entra en la fase de evaluación, el cliente sugiere modificaciones, las
cuales se diseñan y se llevan a cabo en nuevas fases de planificación, análisis de
riesgos e ingeniería.
En la fase de ingeniería se puede usar la creación de un prototipo en caso de que los
requisitos estén ambiguamente definidos. Y esto se puede realizar cada vez que se
regrese a esta fase, con el producto cada vez más evolucionado.
Castro (1998) indica que este modelo en espiral “...Utiliza un enfoque evolutivo para la
ingeniería de software, permitiendo al desarrollador y al cliente entender y reaccionar a
los riesgos en cada nivel evolutivo” (Castro, 1998, s/p). También indica que “utiliza la
creación de prototipos como un mecanismo de reducción de riesgo, pero, lo que es
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
75
más importante, permite a quien lo desarrolla aplicar el enfoque de creación de
prototipos en cualquier etapa de la evolución de prototipo” (Castro, 1998, s/p).
CAPÍTULO IV
MARCO ADMINISTRATIVO
1. Recursos Humanos.
El equipo de trabajo a cargo del desarrollo de la presente investigación estará
conformado por las siguientes personas:
●
Investigador responsable: Br. Jesús Alfredo Becerra Verdejo.
●
Co-investigador: Ninguno.
●
Auxiliar de investigación: Lic. Rigoberto Alfredo Becerra Dávila.
●
Encuestadores:
✔
Br. Orlando José Castejón DePablos.
✔
Br. Enrique José Morales.
✔
Br. Julene Perdomo.
✔
Br. Jorge Javier Hernández.
✔
Br. Martín González.
●
Asesor de contenido: Prof. Sigerist Rodriguez.
●
Asesor metodológico: Prof. Jenny Pantoja Blyde.
2. Factibilidad Económica.
La presente investigación podrá realizarse en su totalidad, ya que es completamente
viable desde el punto de vista económico, en vista de que los recursos administrativos
necesarios para llevarla a cabo no dependerán de la aprobación de institución alguna
para cubrir los gastos que ocasionará tal investigación. Contará con un financiamiento
propio (de parte del investigador responsable), el cual tiene a su disposición el dinero
necesario para la adquisición de equipos y materiales requeridos.
Gran parte de esta financiación la realizará de forma implícita la Fundación Gran
Mariscal de Ayacucho, ubicada en la ciudad de Caracas (Venezuela), encargada de
otorgar créditos educativos a determinados estudiantes de pregrado en las
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
77
Universidades del país, y a estudiantes de postgrado que cursen estudios en
universidades venezolanas o extranjeras. Este otorgamiento se realiza mediante un
proceso de selección interno que lleva a cabo dicha fundación. El responsable de la
investigación actual goza de ser beneficiario de tal crédito educativo, el cual ayudará en
gran parte con la compra de todo lo que se precise en este proyecto de tesis
(especificado más adelante).
3. Factibilidad Legal.
La documentación a utilizar y, sobre todo, el hardware y el software necesario para el
desarrollo de la presente investigación se obtendrá de manera completamente lícita
ante las leyes, de tal forma que no se incurra más adelante en procedimientos legales
por motivos de piratería o compra de productos en forma clandestina. Por tal motivo,
esta investigación resultará legalmente factible en todos los sentidos. Además, no se
ejercerá ningún tipo de presión ni se obtendrán informaciones privadas de forma
irrespetuosa y/o desautorizada.
Por otra parte, las personas o familias que sean encuestadas en el presente proyecto
de investigación se mantendrán bajo el anonimato, sin compartir, en ningún momento,
los datos personales o financieros (suministrados por éstas) con terceras personas o
compañías.
Se actuará, además, en todo momento, según las disposiciones y normas
contempladas en los distintos códigos y leyes nacionales e internacionales referente al
uso de equipos eléctricos en general. La violación de cualquiera de las leyes vigentes
en el país podría traer graves consecuencias para la ejecución total del proyecto.
Es de notar que, en algunos casos, se utilizará software libre, el cual está
completamente exento de algún tipo de costo para la obtención de licencias de
instalación y uso (software completamente gratuito). Esto se refiere (y se aplicará)
específicamente para la ejecución de aquellas tareas correspondientes a la creación de
documentos en distintos formatos; además de la elaboración de gráficos, ilustraciones
y cálculos estadísticos, los cuales requieren de programas utilitarios y de oficina para
poder efectuarlos.
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
78
4. Factibilidad Técnica.
La presente investigación requerirá de diversos equipos diseñados para controlar
aparatos eléctricos por medio del cableado estándar de electricidad (110 V - 220 V), así
como también necesitará de dispositivos que implementen la funcionalidad de interfaz
entre el computador y los equipos antes nombrados. Esta clase de tecnología hoy en
día es muy fácil de adquirir: su precio no es exhorbitante, ya que corresponden a
componentes básicos de un sistema de control domótico cualquiera.
En otras palabras: la tecnología existe (algunas de ellas durante algo más de 25 años),
y se encuentra a la venta para cualquier persona investigadora que desee diseñar y
poner en marcha un proyecto de control de cualquier magnitud. Ahora bien: varios de
estos dispositivos provienen del extranjero; específicamente de España. Esto podría
traer como consecuencia que, en algún momento del proyecto, no se pueda alcanzar la
adquisición de algún determinado dispositivo. En ese caso, se deberá recurrir a otro de
similares características.
A pesar del único problema que se pudiera presentar (indisponibilidad de compra de
ciertos productos de electrónica por falta de éstos en almacen), se puede expresar, sin
lugar a dudas, que la investigación presente es técnicamente factible, por estar
enfocada en el uso de elementos que ya se encuentran en el mercado de la electrónica
y del hardware de computadores en general. No se requerirá de máquinas o aparatos
extremadamente difícil de conseguir, o que solamente estén al alcance de instituciones
especiales, tales como el gobierno, o la milicia. Se puede comprobar esto en: KIT
(2005) y SuperInventos (2005), en donde existen diversos catálogos de productos en
línea, referentes al tema en cuestión.
5. Factibilidad Operativa.
Se definirá a la presente investigación como operativamente factible, debido a la
facilidad de utilización de todos los recursos materiales que se necesitarán para llevar a
cabo el proyecto de optimización energética. Esta facilidad de uso se debe, en gran
parte, por la familiarización con la cuales contará el investigador responsable del
proyecto actual con dichos recursos.
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
Además,
para
aquellos
dispositivos
79
que
resulten
completamente
nuevos
y
desconocidos para el investigador, se podrá entonces disponer de completas
documentaciones existentes hoy en día en libros y revistas técnicas especializadas,
inclusive el Internet, en donde se explica, paso por paso, las peculiaridades de cada
aparato electrónico que se utilizará, tal como los sensores de presencia, o el envío y
recepción de señales mediante la red de electricidad estándar. Esto puede
comprobarse en Domotica (2004), el cual ofrece toda una extensa gama de manuales
técnicos, referentes a los dispositivos electrónicos necesarios para la construcción del
sistema de control de optimización del consumo de electricidad.
Además, los fabricantes de dichos aparatos y dispositivos ofrecen una garantía de
funcionamiento de tales elementos, lo cual es de vital importancia para garantizar la
continuidad del proyecto, así como también la estabilidad y fiabilidad del sistema de
control una vez que esté construido en su totalidad.
6. Recursos Administrativos.
Para la realización de la presente investigación se requerirán de una serie de
elementos detallados a continuación:
Gastos de Personal
Personal Necesario
No se requerirá de la contratación de personal al cual
se deba asignar diversas funciones de carácter
netamente remuneradas. Se dispondrá solamente de
la ayuda prestada por los encuestadores antes
nombrados, los cuales actuarán de colaboradores
voluntarios en una pequeña fase del proyecto.
Salario asignado
Bs. 0,00
Sub-Total
Bs. 0,00
Total a invertir:
Bs. 0,00
Tabla No 05. Gastos de Personal.
Fuente: (Becerra, 2005)
Recursos, Materiales y Suministros
Elemento
Bibliografía (libros y revistas) importada,
referente al tema de la investigación.
Cantidad
Requerida
Bs. 80.000,00
5
Costo Unitario
Sub-Total
Bs. 400.000,00
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
Elemento
Equipo de Computación constituido por:
Procesador AMD Semprom 2200+,
Tarjeta Madre con sonido, video y
adaptador de red incorporados, Disco
Duro de 80 GB, 512 MB de RAM
(memoria principal), monitor a color
SuperVGA de 15 pulgadas, teclado 101
teclas en español, mouse de 3 botones,
regulador de voltaje, impresora matriz de
puntos y mesa de computadora.
Sistema Operativo Microsoft Windows
XP Professional (en español).
Paquete de Aplicaciones de Oficina
OpenOffice.org (versión 1.1.4.). Software
de libre uso, sin la necesidad de
licencias.
Convertidor de documentos e imágenes
PDF995: actúa como una impresora
virtual, la cual recibe cualquier tipo de
información similar a como la recibe una
impresora, y la convierte en el formato
PostScript Document Format (PDF).
Versión de Evaluación.
Herramienta de desarrollo de
aplicaciones Borland C++ Builder 6.
Gestor de Bases de Datos Microsoft
Desktop Engine 2000 (MSDE2000):
hasta 25 usuarios concurrentes de forma
gratuita.
Componentes electrónicos (cables de
cobre, circuitos integrados, resistencias,
condensadores, etc.) para
experimentación en el diseño e
implantación de la interfaz entre el
computador y los equipos eléctricos a ser
controlados.
Sensor de presencia humana.
80
Cantidad
Requerida
Bs. 1.400.000,00
1
Costo Unitario
Sub-Total
Bs. 1.400.000,00
Bs. 455.000,00
1
Bs. 455.000,00
Bs. 0,00
1
Bs. 0,00
Bs. 0,00
1
Bs. 0,00
Bs. 1.100.000,00
1
Bs. 1.100.000,00
Bs. 0,00
1
Bs. 0,00
Bs. 200.000,00
1
Bs. 200.000,00
Bs. 60.000,00
3
Bs. 180.000,00
Módulo Receptor de señales X-10.
Bs. 45.000,00
4
Bs. 180.000,00
Módulo Transmisor de señales X-10.
Bs. 75.000,00
1
Bs. 75.000,00
Artículos de oficina (lápices, borrador,
sacapuntas, bolígrafos, etc.).
Resma de papel tamaño carta, tipo Bond
20.
Bs. 10.000,00
1
Bs. 10.000,00
Bs. 12.000,00
2
Bs. 24.000,00
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
Cinta para impresora de matriz de puntos
Fotocopias tamaño carta.
Discos compactos regrabables
(CD-R)
Discos flexibles (disquetes)
81
Bs. 13.000,00
3
Bs. 39.000,00
Bs. 60,00
100
Bs. 6.000,00
Bs. 2.000,00
6
Bs. 12.000,00
Bs. 1.000,00
3
Bs. 3.000,00
Total a invertir:
Bs. 4.084.000,00
Tabla No 06. Recursos, Materiales y Suministros.
Fuente: (Becerra, 2005)
Transporte de recursos y/o viajes necesarios
Elemento
Costo Unitario
Cantidad
Requerida
Bs. 10.000,00
1
Transporte a las distintas entidades
universitarias de la ciudad, para la
revisión de la literatura.
Gastos de envío nacionales e
internacionales de los distintos
elementos a ser adquiridos.
Bs. 200.000,00
Sub-Total
Bs. 10.000,00
1
Bs. 200.000,00
Total a invertir:
Bs. 210.000,00
Tabla No 07. Transporte de recursos y/o viajes necesarios.
Fuente: (Becerra, 2005)
Servicios a ser contratados
Elemento
Cantidad
Requerida
Bs. 30.000,00
6
Bs. 180.000,00
Total a invertir:
Bs. 180.000,00
Costo Unitario
Conexión a Internet por medio de
Cantv.Net (servicio Dial-Up ilimitado 28
días por prepago).
Sub-Total
Tabla No 08. Servicios a ser contratados.
Fuente: (Becerra, 2005)
Resumen de los fondos necesarios para el
desarrollo de la presente investigación
Concepto
Gastos de Personal
Recursos, Materiales y Suministros
Transporte de recursos y/o viajes necesarios
Servicios a ser contratados
TOTAL DEFINITIVO:
Tabla No 09. Resumen de fondos necesarios.
Fuente: (Becerra, 2005)
Sub-Total
Bs. 0,00
Bs. 4.084.000,00
Bs. 210.000,00
Bs. 180.000,00
Bs. 4.474.000,00
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
82
7. Cronograma de actividades.
A continuación se establecerán las actividades relevantes que conformarán los distintos
eventos y tareas a ser cumplidas en la presente investigación con el fin de llevarla a
cabo en su totalidad:
A. Adquisición de nueva bibliografía.
B. Investigación y selección de componentes electrónicos e interfaces utilizados en
sistemas de control por computador.
C. Adquisición de componentes y dispositivos de experimentación y prueba.
D. Familiarización y uso (y pruebas preliminares) de los dispositivos antes nombrados.
E. Elaboración del Marco Teórico definitivo.
F. Investigación y determinación de los principales equipos eléctricos utilizados en
hogares y oficinas, así como también del consumo promedio (en energía eléctrica) de
cada uno.
a. Elaboración de un cuestionario adecuado.
b. Aplicación del cuestionario obtenido a una población selecta.
c. Análisis del resultado del cuestionario aplicado.
G. Análisis y Diseño del sistema de control de equipos eléctricos (definición de
requerimientos, alcance, limitaciones, etc).
H. Análisis y Diseño del subsistema de seguridad Simulación de presencia en hogares
y oficinas.
I. Implantación del sistema de control y del subsistema de seguridad mediante la
codificación del software adecuado.
J. Elaboración de la interfaz (hardware) entre el software y los equipos eléctricos
(prototipo únicamente).
K. Interconexión (acoplamiento) entre el software y determinados equipos eléctricos de
prueba.
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
83
L. Pruebas y depuración del software y del hardware creado.
M. Creación de la versión final de la interfaz (hardware).
N. Pruebas de campo.
O. Comparación con sistemas de control energético anteriormente desarrollados, y
discusión de las metas y objetivos propuestos.
P. Elaboración del Informe Final.
Q. Empaquetado del producto (creación de instaladores, diseño de la presentación e
imagen exterior, elaboración de manuales de ayuda, etc.).
R. Defensa pública de la Investigación.
S. Asesorías y Entrevistas con el Asesor.
Actividad
Mayo
2005
Junio
2005
Julio
2005
Agosto Septiembre Octubre Noviembre
2005
2005
2005
2005
A
B
C
D
E
F.a
F.b
F.c
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
Tabla No 10. Cronograma de Actividades.
Fuente: (Becerra, 2005)
CAPÍTULO IV. MARCO ADMINISTRATIVO
84
El inicio de estas actividades está fijada para el día 1ero. de Mayo de 2005, y culminará
en los últimos días del mes de Octubre de 2005, cubriendo así un plazo de
aproximadamente 6 meses para el desarrollo total del presente proyecto de
investigación.
ÍNDICE DE REFERENCIAS
Agencia Provincial de la Energía, APEA (2004). Consejos prácticos para ahorrar
energía. Diputación de Ávila (España), 2004. [En línea]. Dirección web:
http://www.diputacionavila.es/fcst/apea/ahorro.php
Consulta realizada el Viernes 04 de Febrero de 2005.
Ayuntamiento[1] de la Coruña (2002). Medio Ambiente – Ahorro Energético. La
Coruña, España, 2002. [En línea]. Dirección web:
http://www.aytolacoruna.es/medioambiente/sectores/ahorro/alumbrado.htm
Consulta realizada el Miércoles 02 de Febrero de 2005.
Ayuntamiento[2] de la Coruña (2002). Medio Ambiente – Cogeneración y producción
de energía eléctrica. La Coruña, España, 2002. [En línea]. Dirección web:
http://www.aytolacoruna.es/medioambiente/sectores/ahorro/cogeneracion.htm
Consulta realizada el Miércoles 02 de Febrero de 2005.
Balestrini Acuña, Mirian. (2001). Cómo se Elabora el Proyecto de Investigación
Para los Estudios Formulativos o Exploratorios, Descriptivos, Diagnósticos,
Evaluativos, Formulación de Hipótesis Causales, Experimentales y los Proyectos
Factibles. Quinta Edición. BL Consultores Asociados. Servicio Editorial. Caracas.
Bavaresco de Prieto, Aura M. (2002). Las Técnicas de la Investigación (Manual para
la Elaboración de Tesis, Monografías, Informes). Séptima Edición. Editorial de La
Universidad del Zulia (EDILUZ). Maracaibo, Venezuela.
Castro, Jesús Antonio (1998). Análisis y Diseño de Sistemas. Departamento de
Sistemas y Computación, Instituto Tecnológico de La Paz, La Paz (México), 19 de
Octubre de 1998. [En línea]. Dirección web:
http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/analisis/24.htm
Consulta realizada el Domingo 06 de Febrero de 2005.
Chávez Alizo, Nilda. (1997). Introducción a la Investigación Educativa. Segunda
Edición. Ars Gráfica, S. A. Maracaibo, estado Zulia.
CEKIT (1993). Curso Básico de Electrónica Aplicada. Obra de 28 fascículos
coleccionables. Editada y Distribuida por CEKIT, S.A. (Compañía Editorial Electrónica).
Pereira, Colombia, 1993.
Center for Neigborhood Technology (2000). The Community Energy Cooperative.
Community Energy Cooperative, Chicago, Illinois (EE.UU.), 2000. [En línea].
Dirección web:
http://www.energycooperative.org
Consulta realizada el Domingo 27 de Febrero de 2005.
Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (2003). En la iluminación de tu casa.
Unidad de Gobierno Electrónico y Políticas de Tecnologías de la Información (UGEPTI).
México D.F. (México), 28 de Enero de 2003. [En línea]. Dirección web:
http://www.gob.mx/wb2/egobierno/egob_Iluminacion_en_mi_casa
Consulta realizada el Domingo 31 de Octubre de 2004.
INDICE DE REFERENCIAS
86
Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (2004). En el uso del aire
acondicionado. Unidad de Gobierno Electrónico y Políticas de Tecnologías de la
Información (UGEPTI). México D.F. (México), 15 de Enero de 2004. [En línea].
Dirección web:
http://www.gob.mx/wb2/egobierno/egob_Ahorra_en_el_uso_del_aire_acondicionado
Consulta realizada el Domingo 31 de Octubre de 2004.
Community Energy Cooperative (2005). Energy-Smart Pricing Plan. Community
Energy Cooperative, Chicago, Illinois (EE.UU.), 2005. [En línea]. Dirección web:
http://www.energycooperative.org/energy-smart-pricing-plan.php
Consulta realizada el Domingo 27 de Febrero de 2005.
Domotica.Net (2004). Tecnologías – Domotica.Net. Domotica Soluciones Integrales
S.L., Barcelona, España, 2004. [En línea]. Dirección Web:
http://www.domotica.net/Tecnolog%EDas.htm
Consulta realizada el Viernes 18 de Marzo de 2005.
Gestión de la Tecnología (2004). Gestión de Proyectos. Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid (España), 2004.
[En línea]. Dirección web:
http://www.getec.etsit.upm.es/docencia/gproyectos/planificacion/etapas.htm
Consulta realizada el Domingo 06 de Febrero de 2005.
ICE (2001). Guía Práctica para el uso de la Energía Eléctrica. Centro de
Conocimiento, Grupo ICE (Costa Rica), 2001. [En línea]. Dirección Web:
http://www.ice.go.cr/esp/cencon/gral/energ/consejos/usodelaenergia2.htm
Consulta realizada el Viernes 28 de Enero de 2005.
KIT Tecnología (2005). Productos. CEKIT, S.A. (Compañía Editorial Electrónica).
Pereira, Colombia, 2005. [En línea]. Dirección Web:
http://kittecnologia.com/productos/productos.php
Consulta realizada el Viernes 18 de Marzo de 2005.
Kuo, Benjamin C. (1986). Sistemas Automáticos de Control. Compañía Editorial
Continental, S.A. de C.V. Segunda impresión, México (México), 1986.
Mundogar (2004). Domótica = Ahorro. Especial Siglo XXI, Mundogar, Grupo Iberdrola,
Vizcaya (España), 2004. [En línea]. Dirección web:
http://www.mundogar.com/ideas/reportaje.asp?MEN_ID=555&ID=15088
Consulta realizada el Domingo 31 de Octubre de 2004.
Noticias Ambientales (2003). Estudian adelantar la hora para poder ahorrar
electricidad. El Medio Ambiente en Internet (Eco2Site.com). Fuente: Diario Clarín
(Argentina), 12 de Noviembre de 2003. [En línea]. Dirección web:
http://www.eco2site.com/news/nov-03/huso-hor.asp
Consulta realizada el Miércoles 02 de Febrero de 2005.
INDICE DE REFERENCIAS
87
Nuevo Diccionario Enciclopédico Ilustrado (1981). Ediciones Nauta, Barcelona
(España), 1981.
Ogata, Katsuhiko (1993). Ingeniería de control moderna. Segunda Edición. Prentice
Hall Hispanoamericana, S.A., Naucalpan de Juárez, Edo. de México, México.
Quito (2005). Ahorro de Energía. Empresa Eléctrica Quito, S.A., Quito (Ecuador),
2005. [En línea]. Dirección web:
http://www.eeq.com.ec/HtmlDocs/AhorroEnergia.php
Consulta realizada el Viernes 04 de Febrero de 2005.
Reyes Bello, Isidora (2005). Método de recolección de datos. Monografías.com.
Maestria en Gerencia de los Servicios de Salud y Enfermería, Universidad de
Carabobo, (Venezuela), 20 de Enero de 2005. [En línea]. Dirección web:
http://www.monografias.com/trabajos16/recoleccion-datos/recoleccion-datos.shtml
Consulta realizada el Miércoles 02 de Febrero de 2005.
Servicio Nacional del Consumidor (2004). Cómo ahorrar electricidad. Teatinos 50,
Santiago (Chile), 04 de Mayo de 2004. [En línea]. Dirección web:
http://www.sernac.cl/consejos/nota.asp?cod=918&CodArea=9
Consulta realizada el Sábado 05 de Febrero de 2005.
Silva, Lázaro (2002). Exigente Control del Consumo Eléctrico en La Habana. Radio
Reloj. Ciudad de La Habana, Cuba, 25 de Mayo de 2002. [En línea]. Dirección web:
http://www.radioreloj.cu/enfoque1/enf_1_25-5_02.htm
Consulta realizada el Miércoles 27 de Octubre de 2004.
Spes (2002). Diccionario General de la Lengua Española Vox. Spes Editorial S.L.
(España), 2002. [En línea]. Dirección Web:
http://www.diccionarios.com
Consulta realizada el Viernes 04 de Febrero de 2005.
SuperInventos.com (2005). Catálogo de Productos. INTPLUS, C.A., España, 2005.
[En línea]. Dirección Web:
http://www.superinventos.com/Catalogo.htm
Consulta realizada el Viernes 18 de Marzo de 2005.
Tecnológico de Monterrey (2005). Ahorrando energía en la oficina. Atizapán de
Zaragoza, Estado de México (México), Febrero de 2005. [En línea]. Dirección web:
http://pfisica.cem.itesm.mx/html/sitios_interes/ahorro_energia/ahorrar_oficina.html
Consulta realizada el Sábado 05 de Febrero de 2005.
Universidad Nacional Autónoma de México (1996). Programa Universitario de
Energía. Dirección General de Estadística y Desarrollo Institucional. Memoria UNAM
1996. México D.F. (México), 1996. [En línea]. Dirección web:
http://dgedi.estadistica.unam.mx/memo96/pue.htm
Consulta realizada el Miércoles 27 de Octubre de 2004.
INDICE DE REFERENCIAS
88
Velez S., Carlos Mario (2003). Sistemas de Control. Grupo de investigación en
Sistemas de Control Digital, Universidad EAFIT (Colombia), 2003. [En línea]. Dirección
web:
http://www.control-systems.net/cursos/intro_control/introcontrol_sistemas_control.pdf
Consulta realizada el Martes 1ero. de Febrero de 2005.
Veltri Rosal, Roberto Carlos (2002). Programa de ahorro de energía eléctrica en los
sistemas de iluminación del instituto universitario de tecnología "José Antonio
Anzoátegui", Anaco. Monografías.com. Instituto Universitario de tecnología "José
Antonio Anzoátegui", Departamento de investigación. Anaco (Venezuela), Julio de
2002. [En línea]. Dirección web:
http://www.monografias.com/trabajos13/anaco/anaco.shtml.
Consulta realizada el Martes 02 de Noviembre de 2004.
Venezuela (2005). [En línea]. Dirección web:
http://venezuela.network.com.ve
Consulta realizada el Jueves 10 de Febrero de 2005.
Verdejo, María (2005). Cantidad de empresas registradas en el Seniat de
Maracaibo. Dirección de correo electrónico: [email protected]. [En línea].
Recibido el 17 de Marzo de 2005, en la dirección de correo electrónico:
[email protected]
Wilson, Jerry D. (1996). Física. Prentice Hall Hispanoamericana. Segunda Edición,
Larson University, EE.UU.