Climatización en el ámbito de la automatización industrial: equilibrio entre los aspectos medioambientales y financieros

Reducción de los costes gracias a la eficiencia energética

Departamento Técnico de Rittal29/12/2011

29 de diciembre de 2011

En la siguiente ponencia del departamento Técnico de Rittal, impartida en el pasado congreso Produrre Innovazione-Machine Tools & Mechanics Forum, podemos comprobar cómo un acondicionamiento térmico adecuado en los armarios que albergan equipamientos eléctricos y electrónicos reduce los costes evitando las paradas por razones técnicas, prolonga la vida útil de la instalación y de todos y cada uno de los elementos instalados, y en definitiva, ahorra energía.

El acondicionamiento térmico debe garantizar una regulación adecuada de las condiciones de temperatura y humedad dentro del armario que alberga el equipamiento eléctrico y electrónico, con el fin de asegurar un funcionamiento óptimo de los componentes instalados en él. Los factores más importantes que hacen que el acondicionamiento térmico sea necesario son:

  • Evolución tecnológica de los aparatos eléctricos y electrónicos
  • Miniaturización de los componentes
  • Nuevos productos basados en electrónica de potencia
  • Tendencia a la optimización del espacio dentro de los armarios
  • Ambientes con condiciones extremas / severas

Estos factores obligan a considerar la protección térmica en los armarios eléctricos

Riesgos asociados a la ausencia de Acondicionamiento Térmico- AT

La vida útil de los componentes eléctricos y electrónicos depende de la temperatura de funcionamiento (T interna del armario).

Vida útil de un condensador electrolítico

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Riesgos asociados a la ausencia de AT

Dentro del armario, los elementos electrónicos son los más sensibles a cualquier variación de temperatura o a calentamientos excesivos en su interior.

Las temperaturas máximas recomendadas para los aparatos de control industrial son:

  • Variadores de velocidad: 35 °C
  • PLC: 35 °C
  • Contadores: 45 °C
  • Fusibles: 50 °C
  • Alimentación: 35 °C
  • Placas electrónicas: 30 °C
  • Baterías eléctricas (acumuladores): 25 °C
  • Dispositivos de telecomunicaciones: 40 - 50 °C
  • Condensadores PFC: 50 °C
  • Interruptores: si Tº > 50 °C, recalificar
  • Electrónica de potencia: alta disipación de calor

T ideal dentro del armario = T del componente más crítico

Los componentes eléctricos también son sensibles a las variables térmicas. Sus características y su vida útil están relacionadas con la temperatura de trabajo.

Así mismo, las variaciones bruscas en la temperatura ambiente del emplazamiento del armario pueden provocar ‘estrés térmico’ en los componentes instalados.

El estrés térmico comporta costes.

Una temperatura no regulada en el interior de los armarios reduce la vida útil de los componentes eléctricos y electrónicos que alberga.

La ausencia de regulación térmica puede provocar paradas de producción y las paradas implican pérdidas económicas con lo que ello conlleva en la marcha del negocio.

Ventajas de un AT adecuado

Las ventajas son claras. Primeramente, evita las paradas por razones técnicas que aumentan los costes.

Además, prolonga la vida útil de la instalación y de todos y cada uno de los elementos instalados. Y en definitiva, ahorra energía.

Reducción de costes mediante eficiencia energética

Aumento de los problemas medioambientales

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Con el paso de los años se ha asistido a un continuo aumento de los problemas medioambientales.

Así, el 17 de mayo de 2006 el Parlamento Europeo insta a todos los países a que investiguen nuevos refrigerantes, en base al protocolo de Kioto. Se da vía libre para el CO2.

Ya en 2008 los análisis y estudios en profundidad de algunas aplicaciones demostraron que, de forma directa e indirecta, el CO2 empleado como gas refrigerante solo es eficaz contra el calentamiento global en aparatos concretos.

Opciones para reforzar el concepto de eficiencia energética de un sistema de refrigeración

Los principales gases refrigerantes utilizados son:

R410A: actualmente es el más respetuoso con el medio ambiente y el que ofrece mejores resultados (sustituye al R407C). Su único límite es una temperatura exterior máx. de 45 °C. Se emplea para refrigeradores de gran potencia y en aplicaciones de acondicionamiento civil.

R134a: empleado para refrigeradores de baja potencia y en todos los acondicionadores para aplicaciones de climatización en automatización industrial. Prestaciones garantizadas hasta los 55 °C.

Total Cost of Ownership: coste total de propiedad (CTP)

¿Por qué es tan importante la climatización?

  • Componentes que generan calor (Qv)
  • Las altas temperaturas acortan la vida de los componentes
  • Las altas temperaturas limitan las prestaciones de los equipos
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El CTP ofrece una visión económica de todo el ciclo de vida del producto prestando la debida atención a:
  • Costes de adquisición
  • Costes energéticos
  • Costes de mantenimiento
  • Costes de reparación

Objetivo: determinación de los costes totales

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Planificación óptima

Análisis de la dinámica de fluidos (CFD): una solución de refrigeración óptima reduce los costes de desarrollo y producción, así como los costes operativos de gestión.

Empleo de software de diseño: ahorro energético gracias a una selección adecuada de las soluciones de climatización.

Termografía, revisión y optimización de sistemas existentes: visualización completa de la configuración de los componentes activos en un cuadro de control durante su funcionamiento

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Ejemplo de revisión por termografía.

Planificación óptima / elección correcta de la solución ideal

 

EXTERIOR

INTERIOR

Te / Ti

SOLUCIÓN

calor + polvo

calor

Te > Ti

Acondicionadores

calor + polvo

calor

Te > Ti

Intercambiadores de calor aire-agua

polvo

calor / humedad

Te < Ti

Intercambiadores de calor aire-aire

ambiente pulcro

calor / humedad

Te < Ti

Ventiladores de filtro

frío

humedad

variaciones relevantes

Te/Ti

Calentadores anticondensación

El folleto de las soluciones aplicables relaciona estrechamente la elección de una solución de climatización adecuada con la inversión en términos energéticos y económicos

Elegir una solución térmica adecuada

Síntesis de la elección óptima
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Producción de agua de refrigeración con sistemas de enfriamiento

La panorámica a obtener es el de la eficiencia energética a través del agua refrigerada.

Se elige el agua o líquidos de refrigeración ya que aportan varias ventajas:

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Reducción de costes mediante la eficiencia energética

Montaje y servicio cuidadoso

Se deben de evitar los errores más comunes. Un incremento de la energía absorbida debido a una instalación incorrecta reduce el ciclo de vida de todos los componentes. Por ejemplo, en un compresor, cuanto mayor es el número de ciclos de puesta en marcha, menor es la vida del sistema. Se produce una reducción de la potencia frigorífica debido a una instalación incorrecta.

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Opciones para reforzar el concepto de eficiencia energética de una unidad de climatización

Uso de tecnologías innovadoras

Opción RiNano = reducción de los costes operativos

Resultados obtenidos con un microscopio electrónico con imagen ampliada 100.000 veces y análisis de rayos X.

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Como opción técnica se plantea la utilización de una unidad Cool Efficiency con la que se obtienen buenos resultados.

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Así mismo, se continúa investigando tratando de conseguir nuevas soluciones para mejorar la eficiencia energética. Para ello se utiliza tecnología inverter aplicada a los motores de compresores, ventiladores, bombas, etc. Se tiende a una optimización del rendimiento con una reducción sustancial de los costes y consumos. Se emplean gases ecológicos con mejores resultados y se instalan válvulas de expansión electrónica.

Opciones para reforzar el concepto de eficiencia energética de una unidad de climatización

Utilizando accionamientos de frecuencia variable con tecnología inverter

Se trata, por ejemplo, de realizar un control de la velocidad de rotación de un motor eléctrico de corriente alterna en diferentes aplicaciones como pueden ser: máquinas-herramienta, bombas, compresores, grandes ventiladores, etc. El objetivo es claro: el del ahorro energético modulando las prestaciones a petición del cliente.

Por ejemplo: se utiliza con una bomba nodriza de fluidos para adaptar el caudal y/o la presión a la demanda existente en cada momento, con el fin de equilibrar el consumo energético con las necesidades y evitar el gasto innecesario.

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Utilizando tecnología inverter en compresores

Al regular el volumen de refrigerante utilizado, que está estrechamente relacionado con la carga eléctrica necesaria, se mejora la eficiencia de los compresores en los sistemas de refrigeración. El control de la carga permite reducir las pérdidas en los ciclos de encendido y apagado, además de mejorar el funcionamiento a carga parcial. En lo que respecta a los compresores tradicionales, los sistemas de velocidad variable con inverter son los más eficientes desde el punto de vista del ahorro energético


Utilizando sistemas de ventilación con control electrónico

Con la última generación de ventiladores de control electrónico, o equipados con un motor sin escobillas de corriente continua. La electrónica integrada convierte la corriente alterna en continua y controla la potencia que debe suministrarse al motor del ventilador para regular su velocidad. A diferencia de la clásica corriente alterna, una alimentación CC permite, de partida, un ahorro energético del 30%.

Ejemplo de aplicación: ventiladores de acondicionadores.

Reducción de costes mediante eficiencia energética

Se recoge, a continuación, la lista de comprobación para la climatización de cuadros de control y refrigeración de procesos

  • Determinar el rendimiento del sistema con software adecuado
  • Determinar el calor que debe disiparse en el armario o en el proceso
  • Establecer espacios adecuados para la ventilación interna
  • Configuración de la temperatura adecuada para la aplicación
  • Estanqueización del armario (grado de protección IP54)
  • Mantenimiento periódico de la unidad (los filtros sucios aumentan el consumo de energía: ¿podría RiNano ser una solución?)
  • Utilizar componentes de alta calidad

Con todo ello se reduce la parada de las instalaciones y los costes operativos, consiguiendo unas instalaciones más fiables y eficientes.

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