Módulo 1: Auditoría y Diagnóstico del Consumo Energético Escolar

Acerca de este curso

Esta sección articula el marco disciplinar y conceptual que sustenta la primera fase de la intervención. Proporciona la base física, matemática y de gestión energética requerida para la memoria de grado o el manual del docente.

Contenido del curso

1. Fundamentos Físicos y Distinción Dimensional: Potencia vs. Energía
Uno de los obstáculos cognitivos más frecuentes en los estudiantes es la sinonimia informal entre "potencia", "fuerza" y "energía". El módulo establece una diferenciación física rigurosa desde la metrología del Sistema Internacional (SI).

Módulo 1: Auditoría y Diagnóstico del Consumo Energético Escolar

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2. Metodología de Auditoría y Censo de Cargas
El diagnóstico energético escolar se estructura bajo los principios de la norma internacional ISO 50002 (Auditorías Energéticas), simplificada para entornos educativos en un procedimiento de tres fases. +--------------------------+ +--------------------------+ +--------------------------+ | Fase 1: Campo | --> | Fase 2: Modelado | --> | Fase 3: Conciliación | | Censo de placa y conteo | | Matriz de energía (kWh) | | Recibo de facturación | +--------------------------+ +--------------------------+ +--------------------------+ Clasificación Funcional de Cargas Cargas Continuas o Base: Equipos que operan las 24 horas del día de manera ininterrumpida (servidores de red, conmutadores, sistemas de videovigilancia, refrigeradores de laboratorio o cooperativa). Cargas Intermitentes / Gobernadas por Horario: Dispositivos activos únicamente durante la jornada de clases (iluminación de aulas, computadoras de salas de cómputo, proyectores, ventiladores). Cargas Parásitas o Consumo Fantasma (Standby Power): Potencia latente que demandan transformadores internos, circuitos de control remoto y fuentes conmutadas aun cuando el equipo aparenta estar "apagado" (típicamente entre $0.5text{ W}$ y $15text{ W}$ por aparato). Formulación del Inventario de Cargas Para un plantel con $M$ categorías de equipos, el consumo diario estimado del equipo $i$ ($E_{d,i}$) se modela como: $$E_{d,i} = frac{N_i cdot P_{n,i} cdot t_{u,i} cdot F_u}{1000}$$ $N_i$: Número de unidades idénticas en la zona. $P_{n,i}$: Potencia nominal de placa de fabricante ($W$). $t_{u,i}$: Horas de operación efectiva al día ($text{h/día}$). $F_u$: Factor de simultaneidad o uso ($0 le F_u le 1$), que pondera si todos los equipos operan a plena carga al mismo tiempo. El consumo total diario del plantel ($E_{text{total, diario}}$) es la sumatoria de todas las ramas: $$E_{text{total, diario}} = sum_{i=1}^{M} E_{d,i} quad [kWh/text{día}]$$

3. Dinámica de la Curva de Demanda Escolar
La potencia instantánea varía a lo largo de las 24 horas. Construir el perfil de carga horaria permite planificar el sistema fotovoltaico: Potencia (kW) ^ | Horas Pico (Clases/Talleres) | +-------------+ | / | / | Carga Base / Carga Base (Noche) | +----------+ +------------------+ 0--+----------+----+-----+-----+----+----+--------+----+--> Tiempo (h) 00:00 07:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Carga Base ($P_{text{base}}$): Nivel mínimo de potencia registrado durante la madrugada o fines de semana. Define el límite inferior de generación continua. Potencia Pico ($P_{text{pico}}$): Demanda máxima coincidente registrada durante la jornada escolar (ej. $11:00$ a $13:00text{ h}$, cuando coinciden proyectores, bombas de agua y sistemas de cómputo). Factor de Carga ($text{FC}$): Relación entre el consumo promedio y la demanda máxima durante un período $T$: $$text{FC} = frac{E_{text{período}}}{P_{text{pico}} cdot T} = frac{bar{P}}{P_{text{pico}}}$$ Un $text{FC}$ bajo indica consumos concentrados en pocas horas con picos pronunciados, un escenario común en escuelas diurnas que favorece el autoconsumo solar directo sin gran necesidad de almacenamiento.

4. Estructura Tarifaria y Facturación Eléctrica
El costo de la energía eléctrica no responde a una tarifa plana universal; está estructurado por categorías de suministro reguladas (como las tarifas comerciales e institucionales de media y baja tensión). Componentes de la Facturación Cargo Fijo ($/mes): Importe invariable por el mantenimiento de la conexión a la red. Cargo por Energía Consumida ($/kWh): Cobro volumétrico escalonado o diferenciado por bloques horarios: Base: Horas de menor demanda en la red (madrugada). Intermedia: Horas de actividad estándar durante el día. Punta: Horas de mayor estrés en el sistema eléctrico nacional (tardes-noches). Cargo por Demanda Máxima Medida ($/kW): Penalización o cobro por el pico más alto registrado en el mes mediante medidores de intervalos (demanda reservada en la infraestructura de distribución). Penalización o Bonificación por Factor de Potencia: Si el $text{FP}$ medido en la acometida cae por debajo de $0.90$ (o $0.95$ según normativa local), la empresa distribuidora aplica un recargo porcentual: $$text{Recargo (%)} = left(frac{0.90}{text{FP}} - 1right) times 100$$