Optimización de la eficiencia energética de los ascensores según ISO 25745

La paradoja del equilibrado tradicional

Los sistemas de ascensores se equilibran convencionalmente al 50%, lo que significa que el contrapeso equivale al peso de la cabina más el 50% de la carga nominal. En esta configuración, cuando la cabina transporta la mitad de la carga máxima, el sistema está perfectamente equilibrado y el movimiento del ascensor no requiere potencia, si se desprecia la fricción. Sin embargo, cuando la cabina está vacía o completamente cargada, la demanda de energía durante el transporte alcanza sus valores máximos.

Este enfoque de equilibrado minimiza las dimensiones de la máquina de tracción a plena carga, pero no representa necesariamente la opción más eficiente desde el punto de vista energético.

Análisis del comportamiento de uso diario

Un análisis sencillo del comportamiento diario pone de manifiesto varios aspectos significativos:

• Predominio de la cabina vacía: en la mayoría de los casos, el ascensor realiza recorridos con la cabina vacía.
• Evitación de la sobreocupación: cuando la cabina parece excesivamente llena, los usuarios tienden a esperar el siguiente viaje.
• Uso por debajo de la capacidad nominal: incluso en condiciones percibidas como ‘llenas’, la carga real se mantiene significativamente por debajo de la capacidad máxima permitida.

Estas observaciones indican claramente que los ascensores funcionan predominantemente con la cabina vacía y muy rara vez con la carga máxima. En consecuencia, si el sistema consume la máxima energía precisamente en la condición de funcionamiento más frecuente —cabina vacía—, la eficiencia energética global no es óptima.

Principios de la norma ISO 25745

La norma ISO 25745 define la clasificación energética de los ascensores mediante mediciones reales de energía durante las fases de marcha y espera, posteriormente ponderadas mediante coeficientes estadísticos para estimar el consumo energético diario y anual.

En este artículo nos centraremos en la energía de marcha, para la cual la norma exige medir la energía en los bornes de entrada del cuadro de maniobra durante ciclos de ida y vuelta con la cabina vacía.

Metodología de cálculo

A partir de las mediciones con la cabina vacía, se aplican posteriormente coeficientes correctores para estimar el consumo medio diario, en función de:

• Perfil de tráfico del sistema.
• Número de plantas servidas.
• Carga nominal.
• Porcentaje de equilibrado.
• Estimación del consumo energético diario.
• Energía específica por metro de recorrido y kg de carga.

Implicación energética: dado que la medición de referencia se realiza con la cabina vacía, una reducción del consumo en esta condición se traduce directamente en una mejora de la clasificación energética final.

Para comprender de forma intuitiva el impacto del equilibrado, realicemos un análisis teórico de la energía necesaria para un viaje completo, despreciando la fricción y las pérdidas de la máquina de tracción en un ascensor típico.

PARÁMETROS DEL ASCENSOR

Caso 1

Equilibrado del 50% → CWT = 1450 kg

CONSUMO ENERGÉTICO EN DESCENSO (CABINA VACÍA) = (CWT - P) × g × Recorrido = (1450 - 950) × 9,81 × 75 = 368 kJ = 102 Wh

CONSUMO ENERGÉTICO EN ASCENSO (CABINA VACÍA) = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de frenado)

Caso 2

Equilibrado del 30% → CWT = 1250 kg

CONSUMO ENERGÉTICO EN DESCENSO (CABINA VACÍA) = (CWT - P) × g × Recorrido = (1250 - 950) × 9,81 × 75 = 221 kJ = 61 Wh

CONSUMO ENERGÉTICO EN ASCENSO (CABINA VACÍA) = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de frenado)

Caso 3

Equilibrado del 0% → CWT = 950 kg

CONSUMO ENERGÉTICO EN DESCENSO (CABINA VACÍA) = (CWT - P) × g × Recorrido = (950 - 950) × 9,81 × 75 = 0 Wh

CONSUMO ENERGÉTICO EN ASCENSO (CABINA VACÍA) = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de frenado)

Resultado: la ventaja energética de reducir el porcentaje de equilibrado resulta evidente de inmediato, incluso a partir de este análisis teórico simplificado.

CÁLCULO DEL PAR NECESARIO

Sin embargo, la reducción del equilibrado provoca inevitablemente un aumento del par que debe suministrar la máquina de tracción:

Caso 1

Equilibrado del 50%

PAR DE LA MÁQUINA = (Q + P - CWT) × g × DP/2000 = (1000 + 950 - 1450) × 9,81 × 400/2000 = 981 Nm

Caso 2

Equilibrado del 30%

PAR DE LA MÁQUINA = (1000 + 950 - 1250) × 9,81 × 400/2000 = 1373 Nm

Caso 3

Equilibrado del 0%

PAR DE LA MÁQUINA = (1000 + 950 - 950) × 9,81 × 400/2000 = 1962 Nm

Impacto económico y dimensional

Dado que el dimensionamiento y el coste de la máquina de tracción y del sistema de frenado están estrechamente relacionados con el par requerido, este parámetro adquiere una relevancia económica significativa en el diseño del sistema.

Criticidad de la adherencia

La reducción del equilibrado afecta significativamente a las condiciones de verificación de la adherencia de los medios de suspensión conforme a EN 81-20. En particular, las siguientes condiciones se vuelven más críticas:

• Prueba de adherencia con el 125% de la carga nominal.
• Frenada de emergencia durante el descenso con carga nominal.

Estas verificaciones resultan progresivamente más difíciles de satisfacer a medida que disminuye el porcentaje de equilibrado.

Por lo tanto, es necesario identificar el compromiso óptimo entre la máxima eficiencia energética, la optimización del coste y del tamaño de la máquina, y el cumplimiento de los requisitos de adherencia de los medios de suspensión.

Cálculo completo según ISO 25745, considerando fricción, pérdidas y consumos auxiliares (puertas, cuadro de maniobra).

Resultados energéticos

• Consumo energético diario estimado Ed [Wh]: 26.074 Wh → Clase energética B.
• Energía específica de marcha Espc [mWh/(kg·m)]: 1,02 mWh/(kg·m) → Nivel 2.
• Consumo energético anual estimado: 9.517 kWh.

La máquina gearless seleccionada para esta configuración tiene un rendimiento del 78%; incluso con una máquina ideal (100% de rendimiento, no alcanzable en la práctica), Ed habría sido de 21.614 Wh, valor insuficiente para alcanzar la clase A (<18.580 Wh).

Resultados energéticos

• Consumo energético diario estimado Ed [Wh]: 18.352 Wh → Clase energética A.
• Energía específica de marcha Espc [mWh/(kg·m)]: 0,71 mWh/(kg·m) → Nivel 1.
• Consumo energético anual estimado: 6.698 kWh.

• Ahorro energético anual: 9.517 - 6.698 = 2.819 kWh.
• Ahorro económico anual: 2.819 kWh × 0,287 €/kWh = 810 € (basado en el coste medio europeo de la electricidad).
• Selección de la máquina de tracción: las configuraciones alternativas recomendadas requieren instalar una máquina gearless de mayor tamaño; sin embargo, el considerable ahorro energético permite amortizar por completo el mayor coste de la máquina ya durante el primer año de funcionamiento. Esto demuestra claramente la sostenibilidad económica y ambiental de la revisión del porcentaje de equilibrado.
• Cumplimiento normativo: se cumplen plenamente los requisitos de adherencia de EN 81-20 incluso con un equilibrado del 30%.

Desde el punto de vista energético, adoptar un porcentaje de equilibrado inferior al 50% tradicional representa una solución sencilla pero eficaz para mejorar la clasificación energética y reducir los costes de funcionamiento.

Este enfoque, validado técnicamente, se está convirtiendo en una estrategia preferente para proyectistas e instaladores del sector de los ascensores que buscan mejorar la clasificación energética del sistema y ganar competitividad en licitaciones con requisitos energéticos, al tiempo que obtienen un ahorro energético significativo y minimizan el impacto ambiental del sector de la elevación.

Nota terminológica: se ha utilizado la terminología técnica habitual del sector y la empleada en la versión española de Montanari (por ejemplo: máquina de tracción, polea de tracción, par de torsión, cabina, contrapeso, sistema equilibrado). Las unidades de energía específica se han uniformado como mWh/(kg·m), coherentes con las tablas del documento original.