Patrocinado
Patrocinado

Accionamiento de elevación hidráulica VVVF de bajo consumo

Patrocinado
Figura 5: Sistema inversor de circuito cerrado

Tanto los países desarrollados como los países en desarrollo se enfrentan a importantes desafíos para reducir las emisiones de carbono y el impacto ambiental. Si bien todos los días llegan al mercado nuevos productos de eficiencia energética, las normas y directrices de eficiencia energética establecidas por los gobiernos funcionan como catalizadores para filtrar productos obsoletos e ineficientes. La industria de los ascensores no es diferente, ya que ha visto diseños energéticamente eficientes y respetuosos con el medio ambiente en los últimos años. La tecnología de voltaje variable y frecuencia variable (VVVF) ha estado presente tanto en los elevadores de tracción como en los hidráulicos durante bastante tiempo y gradualmente se ha vuelto popular. Sin embargo, varias cuestiones siguen siendo debatibles. Este artículo examina algunos hechos de eficiencia energética, tendencias del mercado y el mercado de elevadores hidráulicos en Europa e India para descubrir cómo un accionamiento de elevador hidráulico VVVF simple y económico podría dar forma al futuro de los elevadores hidráulicos.

La eficiencia energética se encuentra ahora entre los parámetros más importantes que los diseñadores, fabricantes y consumidores observan al seleccionar un producto. El marketing de productos enfatiza la huella ambiental y los aspectos ecológicos para hacer que los anuncios sean más atractivos. Sin embargo, detrás de las sofisticadas campañas de marketing de productos y las etiquetas ecológicas, algunas preguntas básicas que interesan al usuario final aún permanecen parcialmente sin respuesta.

¿Cuándo es un ascensor energéticamente eficiente?

La respuesta a esta pregunta se ha debatido durante bastante tiempo. Algunas opiniones de su respuesta son las siguientes:

  1. Si el período de amortización del ascensor es de tres a cinco años.
  2. Si el ascensor consume menos del 3-5% del consumo total de energía del edificio.
  3. Si el ascensor tiene un bajo consumo de energía en funcionamiento y en espera.

Si bien el consumo de energía y el dinero suelen ser los únicos parámetros que se enfocan, no debemos olvidar que hay otros parámetros importantes que a menudo se descartan. Para determinar si un ascensor es energéticamente eficiente, se debe realizar un análisis completo del ciclo de vida (LCA) del sistema utilizando las herramientas y la información estadística adecuadas. Un LCA toma en consideración la vida útil completa del producto (Figura 1). ¿Un sistema de ascensor sería energéticamente eficiente si necesitara menos energía para funcionar pero su proceso de fabricación fuera un desastre ambiental, requiriendo una cantidad extraordinaria de recursos para transportar e instalar? Además, ¿qué pasa si su nivel de seguridad se ve comprometido y tiene altos costos de mantenimiento e impacto ambiental? Se debe tener en cuenta la energía invertida en todos estos factores, no solo los bajos costos de operación y de reserva.

¿Cómo se clasifican los ascensores energéticamente eficientes?

Aproximadamente 300,000-350,000 ascensores se instalan cada año, de los cuales 80,000-100,000 son hidráulicos. El stock mundial de ascensores se estima en alrededor de nueve millones de instalaciones, de las cuales 3.5-3.8 millones son hidráulicas. Si bien los arquitectos e ingenieros se están concentrando en hacer que los ascensores modernos sean más eficientes energéticamente, no se debe ignorar la cantidad de instalaciones antiguas. Reducir el consumo de energía en un 25% resultaría aproximadamente en 4-5 TWh de energía por año, el equivalente a lo que podrían generar 3,500 aerogeneradores en ese tiempo.

Las nuevas normas de eficiencia energética para la industria de ascensores, como ISO 25745 Parte 1 y VDI 4707, se están adoptando agresivamente en los países desarrollados para hacer que los sistemas de ascensores sean energéticamente eficientes. Estos son aplicables a instalaciones nuevas y existentes. Por ejemplo, la norma de eficiencia energética VDI 4707 coloca a un ascensor en una clase particular. A un sistema se le otorgaría una clase energética en función del consumo de energía que tenga durante el viaje y en espera. Además, la eficiencia energética también se basa en el tipo de sistema de ascensor. Este tipo de certificación se basa ampliamente en el consumo de energía y en espera y no considera el LCA completo del sistema.

Tendencia general del mercado

En la industria de los ascensores, cuatro parámetros principales definen ampliamente las tendencias del mercado: las políticas comerciales de las grandes empresas, las políticas gubernamentales (en forma de normas y reglamentos), las necesidades de los clientes y las cuestiones técnicas. Un ejemplo clásico en la industria de los ascensores es el uso cada vez mayor de la tecnología VVVF, ya que se comercializa como energéticamente eficiente y respetuosa con el medio ambiente, al tiempo que ofrece arranques más suaves y precisión de arranque y parada. Esta tecnología está siendo ampliamente apoyada por institutos gubernamentales en países desarrollados en forma de nuevas normas de eficiencia energética, certificaciones y clasificación de eficiencia energética. Sin embargo, es importante subrayar una vez más el hecho de que no todas las soluciones VVVF disponibles en el mercado pueden tomarse como un producto energéticamente eficiente, ya que las cifras de consumo de energía en funcionamiento y en espera más bajas podrían ser engañosas, especialmente cuando el producto tiene tales inconvenientes. como altos costos de mantenimiento, diseño complicado y contratos de servicio exclusivo que a menudo solo benefician al fabricante. Es muy importante mirar la imagen completa antes de llegar a una conclusión, en lugar de concentrarse en una parte.

Mercado indio de elevadores hidráulicos

Las ventajas que ofrecen los ascensores hidráulicos en el mercado de los ascensores de poca altura son bien conocidas. Esto se puede ver en el informe E4 publicado en marzo de 2010. Según él, de un stock total de ascensores de 4.8 millones de ascensores en Europa, 1.18 millones (25%) son hidráulicos. Esto significa que de una instalación anual de 110,000-120,000 ascensores, 25,000-30,000 son instalaciones hidráulicas. El mercado de ascensores del Reino Unido también proyecta una imagen similar, con alrededor del 21% de las instalaciones hidráulicas. Solo en el Reino Unido, en los próximos cinco a diez años tendrían que modernizarse unos 30,000 ascensores hidráulicos para cumplir con las normas de eficiencia energética.

India, por otro lado, es un mercado en desarrollo cuando se trata de instalaciones hidráulicas. No hace mucho tiempo, los ascensores hidráulicos se consideraban un problema debido a algunos mitos en la industria de los ascensores. Se utilizaron componentes hidráulicos industriales para fabricar grupos de potencia de elevadores hidráulicos; El diseño incorrecto y la ausencia de conocimientos técnicos específicos fueron los principales responsables de los problemas y fallas. Sin embargo, con la disponibilidad de los componentes adecuados y el conocimiento técnico, la industria de los elevadores hidráulicos ha experimentado un aumento en el número de instalaciones durante los últimos ocho años. Su tasa de crecimiento es ahora de más del 60% anual.

La instalación total de ascensores hidráulicos (incluidos pasajeros y no pasajeros) es casi el 8% del número total de ascensores instalados anualmente. Se proyecta que la India tendrá entre 20,000 y 25,000 nuevas instalaciones hidráulicas en los próximos cinco años. Esta es una estimación conservadora, que solo tiene en cuenta las ciudades metropolitanas y de nivel 1 y 2. Se necesitarán más de 20,000 sistemas de estacionamiento de automóviles en las ciudades de nivel 1 y 2 para aliviar la congestión del estacionamiento en los próximos años. A medida que los ascensores hidráulicos crean más incursiones en este mercado, la idea de utilizar productos energéticamente eficientes ya no es opcional; más bien, está en la lista de funciones "imprescindibles".

¿Es una solución hidráulica VVVF mejor que una solución hidráulica convencional?

La respuesta a esta pregunta debe ser lógica, además de analítica. Para decidir qué solución hidráulica (control mecánico, servocontrol electrónico o control VVVF) es la más adecuada para una aplicación en particular, se debe considerar lo siguiente:

1) Un sistema de control hidráulico mecánico ofrece una solución simple, confiable y rentable. Sin embargo, no es muy adecuado cuando las variaciones de temperatura y carga son elevadas. A medida que las variaciones en la temperatura del aceite cambian la viscosidad del aceite, los ajustes mecánicos de la válvula pueden no dar la calidad de desplazamiento requerida cuando las variaciones de temperatura y carga son extremas. En segundo lugar, la mayoría de las válvulas mecánicas son válvulas solenoides normales, que normalmente se encienden / apagan. En ausencia de un sistema de circuito cerrado con retroalimentación en tiempo real, las válvulas entregan un flujo preajustado sin conocer la necesidad real del sistema. Las válvulas mecánicas son buenas opciones para ascensores de bajo uso (menos de 150 viajes al día), donde las variaciones de temperatura y carga no son extremas y una solución simple, confiable y rentable es de primordial importancia.

2) Una solución de servocontrol electrónico ofrece, en virtud del control electrónico de circuito cerrado, una clara ventaja sobre una solución de válvula mecánica. Tiene solenoides proporcionales controlados por una tarjeta electrónica que reacciona a las señales en tiempo real de los sensores de flujo, temperatura y, en ocasiones, presión. Por lo tanto, el sistema puede variar dinámicamente el rendimiento para adaptarse a los requisitos, compensando las amplias variaciones de temperatura y presión. Una solución de válvula electrónica es una buena opción tanto para elevaciones de uso moderado como para elevaciones de alto uso (más de 160 viajes al día), donde las variaciones de temperatura y carga son altas, y la comodidad de viaje, la precisión de arranque y parada son la principal preocupación ( por ejemplo, hospitales, complejos comerciales, edificios comerciales).

3) El control VVVF puede verse como una solución híbrida, que combina las ventajas de las válvulas mecánicas y electrónicas. Disponible como circuito cerrado o abierto, el sistema no solo compensa los cambios de temperatura y presión, sino que también hace que la válvula de control sea casi libre de ajustes. Es una solución energéticamente eficiente que también se puede aplicar de manera eficaz, especialmente donde no se dispone de una alta corriente de arranque (requerida por el motor). La potencia consumida por el inversor en la fase de arranque es mucho menor que en una instalación convencional, y se puede lograr un ahorro total de energía de más del 30% en comparación con las instalaciones sin VVVF. Esta solución es la mejor para ubicaciones donde el número de ciclos por día es superior a 160; los cambios en la temperatura y la carga del aceite son elevados; no se dispone de alta corriente de arranque; la comodidad de conducción, la precisión de arranque y parada son importantes, independientemente de los cambios de temperatura y carga; y / o los ahorros de energía operacional y de reserva son una preocupación primordial.

¿Qué es una solución VVVF hidráulica ideal?

La Figura 4 muestra los seis criterios importantes que deben tenerse en cuenta al seleccionar una solución VVVF. Los parámetros como la simplicidad, la seguridad, la rentabilidad, la confiabilidad y los bajos costos de servicio deben ponderarse por igual con la eficiencia energética (bajo consumo de energía en funcionamiento y en espera). Tampoco se debe olvidar que los costos de servicio y mantenimiento en los ascensores superan con creces la inversión y el ahorro de energía durante toda la vida útil del sistema. Para etiquetar correctamente un sistema como energéticamente eficiente, un LCA debe ser el indicador principal.

Soluciones hidráulicas VVVF disponibles

Hay muchos tipos de soluciones hidráulicas VVVF disponibles en el mercado, desde simples a complicadas y rentables a costosas. Se clasifican en general en bucle abierto o cerrado, según la técnica utilizada para controlar el variador.

La Figura 5 muestra una solución de inversor de circuito cerrado. En él, la tarjeta electrónica y el inversor se actualizan con datos en tiempo real del codificador (adjunto al motor), sensores de caudal, presión y temperatura. Luego, el controlador toma una acción correctiva, dependiendo de la variación que registre con respecto a los parámetros predefinidos. Un sistema de este tipo no solo es complicado, sino también caro y difícil de mantener. En segundo lugar, un sistema de circuito cerrado puede disparar vibraciones a frecuencias más bajas mientras intenta corregir constantemente el recorrido. Renovar un sistema existente significa no solo cambiar la válvula de control y el accionamiento por completo, sino también el motor y, a veces, la bomba, lo que a menudo complica y encarece el trabajo. En términos de eficiencia energética e inversión inicial, la aplicación de tales sistemas solo puede justificarse para ascensores de alto uso (más de 700 ciclos / día).

Un control de inversor de circuito abierto como el del Blain EV4[1] ofrece ventajas prácticas, ya que el sistema sigue siendo simple, fácil de usar, rentable y de fácil mantenimiento. Como se ve en la Figura 6, la válvula de control no interactúa con el inversor ni con una tarjeta electrónica, y simplemente está conectada al controlador del ascensor. El inversor está conectado al controlador de elevación, al sensor de temperatura y al motor, y no necesita un sensor de flujo y presión costoso. Con la ayuda del software integrado, puede calcular la carga, leer la temperatura actual del sensor de temperatura y procesar el aceite y los datos de rendimiento de la bomba para obtener las velocidades del motor (frecuencias de referencia) en Hertz para las velocidades completas, de nivelación, de inspección y secundarias. . Además, se calculan la ganancia de control de temperatura y las frecuencias de referencia de fuga para las presiones de los vagones vacíos y cargados. Como resultado, se consume menos energía durante el viaje ascendente, lo que aumenta la eficiencia del sistema y también reduce el calentamiento del aceite. El uso del inversor también reduce la corriente de arranque del motor y el tamaño del medidor de energía eléctrica. El inversor está programado para funcionar en modo de velocidad constante (donde la salida se mantiene independiente de la carga y las variaciones de temperatura) o en modo de ahorro de energía (donde el inversor reduce la velocidad máxima con un aumento de la carga), consumiendo así menos energía. , pero manteniendo los ángulos de aceleración y desaceleración durante el viaje en una zona cómoda. Puede tomar una acción correctiva capturando el par del motor a intervalos fijos y recalculando la salida correcta comparándola con los parámetros preprogramados.

La instalación de dicho sistema es fácil, ya que la válvula de control se simplifica al no tener controles en la dirección ascendente. Darle al tipo de aceite y a los datos del elevador una carrera de aprendizaje con una cabina vacía es suficiente para que el inversor aprenda y se configure automáticamente durante la instalación inicial. En segundo lugar, dicho diseño hace posible renovar una instalación existente simplemente cambiando algunos componentes en la válvula de control y agregando un inversor, convirtiéndolo en un variador VVVF. La solución está diseñada intencionalmente para ser compatible con versiones anteriores, lo que la hace rentable para los trabajos de renovación. El control de descenso se mantiene intencionalmente mecánico, ya que los elevadores hidráulicos descienden debido a la gravedad y no se requiere control del inversor para el 80% de la instalación.

En algunas soluciones de inversor, la energía generada por el sistema (conversión de energía potencial en energía cinética en el recorrido descendente) se quema en una resistencia, lo que evita que el aceite hidráulico se caliente. Algunos tienen un sistema regenerativo, que tiende a convertir la energía potencial almacenada en el aceite en energía eléctrica, que luego se alimenta a la red. Estas soluciones parecen atractivas en los folletos y la teoría de marketing; sin embargo, su costo de implementación (con algunos tiempos de recuperación de más de 30 años), la complejidad y el uso práctico, y la dificultad de asegurar la infraestructura disponible para ellos superan sus ventajas.

Ahorro de Energía

Los consultores y arquitectos de ascensores a menudo se enfrentan a preguntas importantes sobre el tiempo de recuperación y el ahorro de energía por parte de los usuarios finales. Si bien la cantidad de ciclos que realiza el ascensor en un día es un factor decisivo importante en el ahorro de energía, es igualmente importante saber lo siguiente:

La Figura 7 muestra el ahorro de energía con respecto al número de ciclos por día y la duración de la recuperación. En él, se puede hacer una comparación clara entre diferentes situaciones, como el alto consumo de energía en espera del inversor con el número de ciclos por día y los períodos de recuperación estimados. Como se muestra, cuando un inversor con un consumo de energía en espera de 26 W funciona en modo de ahorro de energía, se logra un ahorro de energía del 44%, con un período de recuperación de la inversión de tres años.

Conclusión

El rendimiento energético de los ascensores es solo uno de los muchos parámetros para la evaluación de ascensores ecológicos; un LCA completo es el método adecuado para determinar si el ascensor es energéticamente eficiente. Los sistemas hidráulicos VVVF de nueva generación no solo deben tener las características ventajosas de los elevadores hidráulicos convencionales, sino que también deben estar en condiciones de compensar las variaciones de carga y temperatura del aceite y tener un consumo mínimo de energía de reserva. El software del sistema debe ofrecer diferentes modos de funcionamiento, como el modo de velocidad constante, el modo de ahorro de energía, etc., para que los usuarios puedan seleccionar un método de funcionamiento adecuado para satisfacer las necesidades individuales.

Referencias
[1] Dr. K. Ferhat Celik. Elevcon 2012. "Un método de compensación de carga y temperatura para elevadores hidráulicos ecológicos mediante inversores".
[2] Dr. K. Ferhat Celik. 2do Simposio sobre tecnologías de ascensores y escaleras mecánicas, septiembre de 2012. “Ascensores hidráulicos ecológicos económicamente eficientes”.
Tags relacionados
Patrocinado
Patrocinado

Mundo del ascensor | Junio ​​de 2013 Portada

flipbook

Patrocinado

Mundo del ascensor | Junio ​​de 2013 Portada

flipbook

Patrocinado