Reduciendo el derroche de energía a 1 vatio (I)
Artículo escrito por Alan Meier, Wolfgang Huber y Karen Rosen, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley (CA)
Introducción
Casi todos los aparatos electrónicos consumen energía en sus modos stand by o «estado de espera». Este gasto de energía normalmente es llamado «pérdida de reserva» o «fuga de electricidad». Estudios anteriores han mostrado que los aparatos hogareños comunes como televisores, equipos de audio y contestadores telefónicos tienen pérdidas de reserva (Meier, Rainer & Greenberg 1992; Herring 1996; Meier & Huber 1997; Molinder 1997; Sanchez 1997; Webber 1998). Recientemente, estas pérdidas también han empezado a aparecer en aparatos del género blanco tradicionales, como refrigeradores, lavaplatos, y batidoras.
Yendo de menos de un vatio a tanto como 25 vatios, la pérdida típica por aparato es relativamente baja. Sin embargo, cuando se multiplica por el número de tales aparatos en una casa y la cantidad de tiempo que cada uno está en estado de espera, el consumo de reserva representa un fragmento significativo del uso de energía residencial total. En las casas japonesas, por ejemplo, estas pérdidas se consideran por encima del 10% del consumo de energía residencial (Nakagami, Tanaka & Murakoshi 1997). En los Estados Unidos, se consideran en aproximadamente el 5% del consumo de energía residencial total (Rainer, Greenberg & Meier 1996), agregando más de $3 mil millones en costos de energía anuales. Se esperan pérdidas de reserva mayores cuando los aparatos tradicionalmente electromecánicos se hagan digitales y la casa electrónica se haga más extendida mundialmente.
A pesar de la diversidad de aparatos con estas pérdidas, son relativamente pocos los componentes realmente responsables de las funciones del estado de espera. Una porción grande de las pérdidas de reserva puede atribuirse solamente a los suministros de energía de bajo voltaje. También son causadas normalmente por componentes que permiten maniobrar en forma remota un aparato, información de display, mantenimiento de un reloj interior o memoria, o carga de baterías en modo de reserva (Huber 1997). Tales funciones pueden exigirle a algunos componentes consumir energía continuamente. Frecuentemente, sin embargo, se proveen con este modo innecesariamente componentes que no necesitan energía en modo reserva.
Este estudio investiga el consumo de energía de algunos de los componentes importantes responsables de las pérdidas de reserva y las modificaciones de ingeniería que se necesitan para reducir esas pérdidas sin sacrificar la funcionalidad o conveniencia del producto. Con estos resultados, evaluamos la viabilidad del desafío de una pérdida de reserva de un vatio por aparato.
Reduciendo el Consumo de Energía en Reserva
La mayoría de los aparatos con pérdidas de reserva pueden verse como constituidos de tres partes principales: el suministro de energía de bajo voltaje, la circuitería, y los componentes de entrada/salida (E/S). Esta forma constructiva aparece en una serie amplia de aparatos, desde VCRs a lavaplatos, desde los controles remotos de ventiladores de techo hasta heladeras. Mayormente podemos ignorar otros componentes, como motores o calentadores, y considerar en adelante sólo aquéllos relacionados a las pérdidas de reserva. Un dispositivo genérico con suministro de energía de bajo voltaje, circuitería interior y componentes de E/S se representa en la Figura siguiente.
Cuando un aparato está en modo de reserva, las pérdidas de energía ocurren siempre que los flujos de corriente de la fuente a través del suministro, son utilizados normalmente para mantener las funciones de reserva realizadas por la circuitería y componentes de entrada/salida. Si el aparato necesita energía en modo de reserva, por lo tanto, el mínimo suministro de energía debe ser provisto. Esto casi siempre genera algunas pérdidas, la magnitud de las cuales depende de la eficacia del suministro de energía. Por cada componente adicional que recibe energía, aumentan más las pérdidas. Finalmente, el todo es igual a la suma de sus partes, es decir, la pérdida en reserva del aparato es igual a la suma de las pérdidas de sus componentes.
En un aparato ideal, las pérdidas en modo reserva deberían limitarse a los componentes responsables de las funciones del estado de espera. Por ejemplo, un aparato con una fuente de energía, un microcontrolador, alguna memoria, un sensor infrarrojo para capacidad de control remoto, y un display de reloj podría consumir fácilmente menos de la mitad de 1 Watt en modo reserva si los componentes de reserva fueron hechos para ser eficientes individual y conjuntamente. La Tabla 1 muestra valores de consumo en reserva típicos para algunos componentes que son comúnmente responsables de las funciones de reserva.
| Componente | Descripción o Uso | Energía en Reserva (Watts) |
| Fuente de alimentación | ||
| Lineal | Convierte 110V CA a 5V CC | 0.80 |
| Conmutada | Convierte 110V AC a 5V DC | 0.30 |
| Circuitería | ||
| Oscilador | 4 Megahertz | 0.001 |
| Circuitería de Control | ||
| 8-bit microcontroller | Gobierna funciones del aparato | 0.05 |
| 16-bit microcontroller | Gobierna funciones del aparato | 0.10 |
| Memoria | ||
| Flash | Almacena varios megabytes | 0.00 |
| Register | Almacena unos pocos bytes | 0.00 |
| Entrada/Salida | ||
| Emisores | ||
| Diodo emisor de Luz (LED) | por diodo | 0.04 |
| Diodo emisor de Luz (LED) | por carácter de 3.5 x 5 mm | 0.30 |
| Display de Cristal Líquido (LCD) | no luminescente, por cm2 | 0.002 |
| Display fluorescente (VFD) | por caracter de 3.5 x 5 mm | 0.05 |
| Receptores | ||
| Infrarrojo | Control remoto | 0.05 |
| Radio frequencia | Control remoto | 0.20 |
| Sensor de temperatura | Computadora portable | 0.001 |
| Luz visible | Ajuste de brillo del display | 0.01 |
Tabla 1. Consumo de Energía en Reserva de Componentes de Aparatos Comunes
La mayoría de los componentes de reserva mostrada en la Fig. 1 consume muy poca energía; menos de un décimo de vatio. El componente de más alto consumo listado en la Tabla 1 es la fuente de energía que debe estar activa para proveer la energía a las funciones de reserva. Otros componentes de relativamente alto consumo pueden encontrarse entre los componentes de E/S. Estos componentes, y algunas medidas que pueden tomarse para minimizar sus pérdidas en reserva, se discuten en forma extensa en las secciones siguientes.
Ing. Sergio A. Luñansky Traducción y Adaptación
Ing. Raúl D. Triventi Colaboración en la traducción
Mirta N. Luñansky Colaboración en la revisión
