Revista

ABB La revista técnica corporativa del Grupo ABB www.abb.com/abbreview

2/2008

. . . para un mundo mejor La lucha contra la escasez de agua página 19

Pronóstico del tiempo página 39

El transporte de la electricidad en el futuro página 52

a

La Revista ABB se centra normalmente en los productos y tecnologías de ABB. El presente número tiene un enfoque diferente, y se pregunta cómo estos productos afectan a las personas y contribuyen a crear un “mundo mejor”. Ningún producto o concepto por sí solo puede responder a la idea de “mundo mejor” de todos nosotros. Avanzar para conseguirlo es como completar un rompecabezas de muchas piezas diferentes, cada una de las cuales está relacionada con mejoras en un área concreta. Este número de la Revista ABB ilustra cómo está contribuyendo la compañía a que muchas de esas piezas encajen.

Editorial

. . . para un mundo mejor Energía y productividad para un mundo mejor: ésta es la esencia de ABB. ABB es uno de los principales proveedores mundiales de productos y servicios para las infraestructuras eléctricas, desde instalaciones domésticas a generación de energía, así como para automatización de instalaciones y optimización de procesos industriales. La energía y la automatización constituyen las dos piedras angulares de las economías modernas, cuya prosperidad tiene una estrecha relación con su capacidad de suministrar energía de forma eficiente y fiable, y de aumentar continuamente la productividad hasta niveles de categoría internacional. Una infraestructura energética fiable y rentable permite a la industria concentrarse en sus actividades fundamentales y generar valor para la sociedad. Lo mismo sucede con los procesos de fabricación de elevada productividad. ABB fomenta un “mundo mejor” para los miembros industriales de la sociedad, lo que también nos beneficia a todos como personas. ABB también se esfuerza a escala interna por lograr un mundo mejor, ya que los proyectos de la compañía están impulsados por aspectos de sostenibilidad y se llevan a cabo amplios programas para la seguridad de los empleados. Nuestro informe anual de sostenibilidad constituye un claro exponente de todos nuestros esfuerzos. Asimismo, son muchas las maneras en que ABB mejora directamente la calidad de vida de las personas: una instalación doméstica segura y fiable, un abastecimiento de agua eficaz, un viaje cómodo en tren, un ascensor seguro, un asiento soleado en un estadio de fútbol y muchas otras aportaciones que contribuyen a un mundo mejor. Ahora bien, mientras que los habitantes de los países desarrollados ya se sienten incómodos cuando un tren lleva retraso, más de mil millones de personas no tienen acceso en absoluto a las comodidades que proporciona la electricidad. Está claro que lo que se entiende por “un mundo mejor” varía notablemente de unas partes del mundo a otras.

Revista ABB 2/2008

ABB se enorgullece de contribuir a crear un ambiente confortable para todos, tanto en países en desarrollo como en sociedades industrializadas. La tecnología que se utiliza es la misma en muchos casos. En China, por ejemplo, el suministro de energía se lleva a cabo mediante el sistema de corriente continua en alta tensión más moderno, más amplio y más potente del mundo, suministrado por ABB. En Arabia Saudita, ABB ha instalado recientemente unas modernas plantas desaladoras para producir agua potable dulce y apta para el consumo, y en África están en curso varios proyectos para dotar de infraestructura eléctrica a poblaciones locales. Si por “un mundo mejor” se entiende un producto interior bruto creciente que se genera de forma sostenible, el crecimiento necesario del consumo de energía es, en especial en los países en desarrollo, un reto fundamental para la sociedad mundial. En consecuencia, el uso eficiente de la energía está presente en prácticamente todos los productos y sistemas de ABB. Queremos crear la infraestructura de un mundo mejor y más sostenible, un mundo que nos proporcione a todos un cierto nivel de confort y que al mismo tiempo no agote nuestros recursos ni dañe a nuestro medio ambiente. Con estas premisas, todos y en todas las economías podremos disfrutar de las comodidades que se derivan de los productos de ABB. Les invito a descubrir en este número de la Revista ABB cómo contribuye nuestra empresa a la mejora de su calidad de vida. Tal vez les sorprenda descubrir que ABB suele estar en el origen del confort que nos proporcionan numerosas aplicaciones. Que disfruten de su lectura.

Peter Terwiesch Director general de tecnología ABB Ltd.

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Índice

Revista ABB 2/2008 . . . para un mundo mejor

Una diferencia abismal 6 Una mejor tecnología para un mundo mejor

30 ¡Sube!

Gentes de todo el mundo utilizan el enchufe para disfrutar de mayor bienestar.

La Revista ABB relata el caso de un accionamiento para maquinaria de altas prestaciones utilizado en los ascensores.

10 El confort como valor añadido La tecnología inteligente de sistemas para edificios está ampliando el significado de encender el interruptor.

Llevamos la tecnología al hogar 15 Seguridad invisible

34 Un operario suave Las grúas con cerebro elevan la seguridad y el rendimiento.

Meteorología y tiempo libre 39 Pendientes del tiempo

ABB se encarga de la seguridad de nuestros hogares.

Cuando ABB habla del tiempo, muchos meteorólogos ven el cielo despejado.

19 Infundir nueva vida

43 Mover algo más que porterías

Una corriente de tecnologías innovadoras ayuda a combatir la escasez de agua.

¡Gol! Los accionadores y dispositivos de arranque para motores ABB son capaces de mover la cubierta de un estadio e incluso de sacar al aire libre todo el terreno de juego.

Avanzando 25 Rendimiento sobre carriles

Sencillo y agradable

Los transformadores y convertidores de ABB son el billete para que la comodidad y la flexibilidad suban al tren.

47 El sonido del silencio

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Los transformadores ruidosos no son buenos vecinos: ABB les está enseñando a no murmurar.

Revista ABB 2/2008

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52 Ligeros, seguros y eficaces Los sistemas de cables HVDC Light® representan el futuro del transporte de electricidad.

Eternos pioneros 56 Historia de un éxito

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Un ayudante vestido de naranja sale del huevo y renueva sectores industriales completos: la Revista ABB recorre la historia de ABB en la robótica.

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Una diferencia abismal

Una mejor tecnología para un mundo mejor La electricidad hace la vida más confortable, y en todo el planeta Friedrich Pinnekamp

El confort nos da libertad para desarrollar capacidades y destrezas que nos permitan mejorar nuestra calidad de vida. En todo caso, la percepción de la comodidad depende en gran medida del punto del que parta una persona: para los que en el pasado han tenido que recorrer kilómetros hasta llegar a una fuente de agua potable, el confort puede ser disponer de ella en casa. De igual modo, para aquéllos que tuvieron que subir las persianas a mano, la comodidad puede reducirse a hacerlo con sólo pulsar un botón. Así pues, con una infraestructura adecuada –por ejemplo, para el abastecimiento de agua o para regular las persianas–, las personas pueden dedicar más tiempo a su propio desarrollo y a encontrar medios creativos para alcanzar nuevos niveles de confort. Si se desea fomentar estas iniciativas para el aumento del confort y, con éste, la calidad de vida de todos los habitantes del mundo, es necesario realizar cuantiosas inversiones en infraestructuras fiables. ABB cuenta con una amplia cartera de productos y sistemas que componen las partes más importantes de estas infraestructuras, en especial por lo que respecta a la electricidad y la productividad. Gracias a su presencia en todo el mundo, ABB puede responder de forma directa a las distintas necesidades y contribuir así a un mundo mejor.

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Una mejor tecnología para un mundo mejor

Una diferencia abismal

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odos los años se elaboran estadísticas que clasifican a los países según la renta per cápita. En ellos se observa que la amplitud de la escala es muy grande, con un factor de más de 100 entre la renta más alta y la más baja. Con independencia del nivel absoluto de esta renta, en todas partes se lucha por el crecimiento y el bienestar económico.

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para que suministren electricidad a aldeas del desierto. El programa empezó por ofrecer a un caserío la electricidad generada por paneles solares, y este criterio se amplió a otras cuatro aldeas que sumaban 500 unidades familiares.

Correspondencia entre producción de energía y producto interior bruto 400 350 300 250 200 150 100 50

Los requisitos para que se pro0 duzca este crecimiento continuo son, no obstante, diferentes para los países pobres y para los ricos. En 1 se ofrece un esquema del producto interior bruto (en paridad de poder adquisitivo) y su relación con el consumo de energía per cápita. Las mediciones realizadas a lo largo de los años muestran que las economías avanzan desde la parte inferior izquierda de la imagen hacia la superior derecha.

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PIB/cápita (en millares de dólares)

mover fábricas, optimizar procesos de producción y calentar las casas. La energía eléctrica es la infraestructura que más contribuye al confort de las personas. En todo caso, para que esto cambie, es una condición mínima necesaria, aunque no suficiente1). Proyectos de éxito

En las economías con ingresos bajos (menos de 5.000 dólares per cápita), el PIB está relacionado casi de forma lineal con el consumo de energía de la sociedad correspondiente. Cuando despega la industrialización, con su mayor demanda de energía, la infraestructura creciente aumenta el confort de las personas. Tal tendencia continúa hasta que la industrialización se acerca a su final. En economías con una renta per cápita superior a 15.000 dólares, cuando el crecimiento se desplaza a servicios con mayor valor añadido, el aumento de la demanda de energía es menos pronunciado, aunque el aumento de la infraestructura continúa (con menor necesidad energética). Entre las distintas formas de energía utilizadas para proporcionar una mejor infraestructura y un mayor confort, la electricidad desempeña un papel extraordinario. La energía eléctrica puede usarse para casi cualquier aplicación destinada a facilitar la vida humana, de modo que se ha convertido en la forma más versátil de energía disponible. Sirve para bombear agua, transportar a las personas, iluminar hospitales, hacer funcionar equipos médicos, ordenadores y dispositivos móviles de comunicación, Revista ABB 2/2008

ABB, como proveedor de productos y sistemas para la energía eléctrica moderna, lleva ya tiempo promoviendo el acceso a la electricidad en países en desarrollo. Tras el éxito del lanzamiento de un programa de electrificación rural en una localidad lejana del sur de Tanzania, el programa se amplió recientemente a Rajastán (India occidental). El proyecto –basado en asociaciones del sector público y privado– ha reunido a ABB, la administración de Rajastán y una ONG 2

En el proyecto original de ABB “Access to Electricity” (acceso a la electricidad) en un pueblo de Tanzania, la electrificación ha producido beneficios económicos, socia35 les y ambientales en los últimos dos años 2 . En comparación con los tres negocios que había antes de la electrificación, en el pueblo hay ahora 15 empresas, entre ellas una pensión, varios establecimientos de comida y tiendas de ropa. Pero se han producido, además, otros avances recientes: 25 casas nuevas que fomentan el beneficio económico y la inmigración local. Más hogares conectados a la “minired” gracias al generador diésel donado por ABB, así como una nueva bomba de agua. La posibilidad de que los niños estudien después del anochecer está haciendo que aumente el número de los que aprueban los exámenes escolares. Formación en materia de restricción de la caza y explotación forestal sostenible. ABB se ha asociado con la organización mundial de conservación WWF y con

Servicios energéticos modernos para transformar la vida de las personas [1] Servicio energético que se necesita

Opciones energéticas actuales

Opciones energéticas modernas

Iluminación

Lámparas de aceite/queroseno

Electricidad ajena a la red (solar, hidráulica, eólica)

Cocinado de alimentos

Fogón de madera/carbón

Mejores fogones/gas licuado de petróleo y queroseno

Bombeo de agua

Pozo superficial/por tubo

Bombas eléctricas

Refrigeración

Energía diésel/de red, o nada

Electricidad ajena a la red (solar, hidráulica, eólica)

Telecomunicaciones

Energía diésel/de red, o nada

Cargador de baterías/electricidad ajena a la red

Transporte

Vehículos de tracción animal/humana

Vehículos de motor

Transformación de productos agrícolas

Dispositivos accionados por animales/personas

Plataforma multifuncional/microhidráulica

Nota a pie de página 1)

Incluso con una infraestructura eléctrica suficiente, la vida no puede ser cómoda si otros aspectos son adversos. Guerra, enfermedad, represión o terrorismo son sólo algunos de los factores importantes que influyen en la percepción del confort por parte de las personas.

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Una mejor tecnología para un mundo mejor

Una diferencia abismal

las autoridades locales para este proyecto. El suministro de electricidad a un caserío remoto de la India está ayudando también a la población a aumentar sus ingresos y a facilitar la educación de los niños. Los habitantes de la aldea, sastres en su mayoría, pueden trabajar más horas, y sus hijos pueden estudiar por la noche. ABB ha firmado un acuerdo con la provincia china de Guangdong –con el mayor PIB del país– para ofrecer asesoramiento sobre las maneras de mejorar la eficiencia energética de las compañías de la región. Con este acuerdo, que se firmó en 2006 y tiene una duración de cinco años, se intenta ayudar a que Guangdong logre su objetivo de reducir el consumo energético en un 16 % por unidad del PIB de aquí a 2010. Las autoridades fomentarán la cooperación entre ABB y las más de 1.000 empresas con un alto consumo de energía. ABB realizará auditorías de conservación de energía para las compañías que lo soliciten, y les ayudará a aplicar medidas de ahorro energético. Este ahorro puede servir para aumentar el suministro de electricidad y el consiguiente confort. Confort a escala global

Mientras que ABB aporta tecnología para aumentar el confort de las personas en los países menos desarrollados, en las economías emergentes y desarrolladas tiene una amplia cartera de productos y servicios que elevan la percepción de confort de las personas. 3

Las tiendas de Ngarambe pueden abrir más tiempo gracias a las cuatro horas más de electricidad que les suministra un generador todos los días.

Tomemos como ejemplo el transporte. Hace un siglo, la comodidad de los viajes aumentó considerablemente al proliferar los trenes en Europa y los Estados Unidos. Unas décadas más tarde, al ponerse en marcha los trenes seguían produciendo una sacudida capaz de mandarle a uno al otro extremo del vagón si no iba bien sujeto. Los convertidores de frecuencia de ABB han supuesto una diferencia abismal para el confort actual. Además de estos convertidores, ABB

Cuadro

ofrece muchos otros componentes para el ferrocarril. Por ejemplo, ABB suministró el transformador de tracción que el TGV, el tren más rápido el mundo, usó en el recorrido que batió el récord. Y, algo más prosaico, la apertura de fronteras ha ocasionado el aumento de la demanda de trenes que funcionan con distintas fuentes de alimentación. ABB fabrica los transformadores y convertidores de trenes innovadores que pueden ir –y van– a cualquier parte.

El acceso a la electricidad es esencial.

En julio de 2007 se reunió en Estambul la Conferencia Ministerial de los Países Menos Adelantados de las Naciones Unidas, que hizo la declaración siguiente [1]: “Los desafíos energéticos que entraña el logro de los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) se comprenden mejor al saber el número de personas que no tienen acceso a servicios energéticos modernos. Se calcula que en todo el mundo hay 2.500 millones de personas que dependen de combustibles tradicionales, como la madera, el carbón y el estiércol como fuentes principales de energía para cocinar y calentarse. Casi 1.600 millones de personas no tienen acceso a la electricidad. Habida cuenta de tan desalentadoras cifras, la comunidad internacional en materia de desarrollo se da cuenta ahora del importante papel que desempeña la energía en el logro de los ODM. Y ello se debe al hecho de que la energía es un requisito previo para cumplir todos los ODM, y lo es por su inherente relación con la reducción de la pobreza, la educación, la igualdad de género, la salud y la protección del medio ambiente. Aunque no hay un ODM que se refiera expresamente a la energía, ahora se reconoce que los ODM no pueden lograrse sin ampliar el acceso a unos servicios energéticos asequibles y fiables por parte de la población más pobre y los habitantes de zonas sin suministro de energía. La energía es esencial para casi todos los aspectos de nuestra vida, incluido el acceso al

agua, a la productividad agrícola, a la atención sanitaria, a la educación, a la creación de empleo, a la igualdad de género y a la sostenibilidad medioambiental. Aun así, millones de hogares de los países en desarrollo siguen sin tener un acceso seguro y fiable a la energía y pagan un precio elevado por sustitutos de baja calidad. Además, la población pobre dedica gran parte de sus ingresos a los servicios energéticos. En algunos países, la cifra representa más de un tercio del gasto familiar. Dedican también gran parte de otro activo importante, su tiempo, a actividades relacionadas con la energía –por ejemplo, las mujeres y las jóvenes dedican más de seis horas al día a recoger leña y agua, para cocinar y para la transformación de productos agrícolas. En el África subsahariana, sólo el 8 % de la población rural tiene acceso a la electricidad, mientras que el 90 % de la población sigue dependiendo de los combustibles tradicionales para cocinar. Tener acceso a servicios energéticos modernos puede cambiar notablemente la vida de las poblaciones pobres 3 . En consecuencia, plantear un nuevo enfoque en el que el acceso a los servicios energéticos se considera no sólo un resultado, sino también un impulsor real de desarrollo será esencial si la energía va a desempeñar un papel más importante en las estrategias dirigidas a lograr los ODM y a procurar una globalización que beneficie a los países menos adelantados.”

Objetivos de Desarrollo del Milenio (2000)

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Objetivo 1

Erradicar la pobreza extrema y el hambre

Objetivo 2

Lograr la enseñanza primaria universal

Objetivo 3

Promover la igualdad entre los géneros y la autonomía de la mujer

Objetivo 4

Reducir la mortalidad infantil

Objetivo 5

Mejorar la salud materna

Objetivo 6

Combatir el VIH/SIDA, el paludismo y otras enfermedades

Objetivo 7

Garantizar la sostenibilidad del medio ambiente

Objetivo 8

Fomentar una asociación mundial para el desarrollo

Revista ABB 2/2008

Una mejor tecnología para un mundo mejor

Una diferencia abismal

El confort que ofrecen las embarcaciones como medio de transporte ha aumentado también de forma espectacular. Los buques equipados con equipos Azipod® y turbocompresores de ABB hacen travesías más rápidas y consumen menos combustible. De modo que, tanto si está esperando mercancías como si va en un crucero o incluso si planea realizar una expedición al Polo, ABB mantiene sus ambiciones a flote. Los ascensores son otro medio de trasporte. Los modelos modernos pueden colocar el confort en un nivel superior. Al eliminar las sacudidas y los vaivenes, los accionadores de ABB añaden comodidad a los ascensores al tiempo que reducen su consumo energético. Y no se reduce todo a los aburridos ascensores de oficina, sino, por ejemplo, a los montacargas de buques que le permiten hacer una travesía por Canadá. Con el aumento de la renta, la demanda de infraestructura aumenta a su vez. El suministro de electricidad ya no es un problema en los países desarrollados (si pueden evitar los apagones), pero los requisitos de calidad de la electricidad son cada vez más estrictos. Las aportaciones de ABB incluyen transformadores silenciosos con un nivel de ruido sin precedentes y componentes “ocultos”: pocas personas consideran que el tendido aéreo de cables mejore el paisaje. La tecnología de ABB permite instalar cables subterráneos. También los generadores eólicos son una cuestión controvertida que no suele gustar a las personas que viven cerca de ellos. Ahora bien, gracias a la tecnología de ABB, pueden colocarse en el mar, en un lugar donde no se vean. 4

El nivel de seguridad y automatización en las instalaciones de edificios ha alcanzado un nivel muy elevado. El sistema de automatización de edificios inteligentes de ABB ha llevado el lujo a una nueva dimensión con la galardonada torre de 50 plantas Le Rêve (“el sueño”), uno de los edificios más exclusivos de Dubai y el primer edificio inteligente de Oriente Medio 4 . El sistema i-bus EIB/KNX de ABB para un hogar inteligente, con pantallas táctiles inalámbricas, permite a los residentes controlar todas las funciones de sus hogares, como la iluminación, el aire acondicionado, las cortinas o la temperatura del calentador de agua en cualquier habitación y desde cualquier lugar de la casa. La capacidad de controlar las funciones que exigen un gran consumo de energía, como el aire acondicionado y la iluminación de cada habitación, reduce el consumo eléctrico y las emisiones de dióxido de carbono, lo que la convierte en uno de los sistemas de automatización de edificios más eficientes desde el punto de vista energético del mercado. Es uno de los sistemas inteligentes más usados en todo el mundo, y el número uno en Oriente Medio y África. Y la cuestión no se reduce a la energía eléctrica. ABB ofrece muchas soluciones para la gestión de otros servicios públicos. En el ámbito del abastecimiento de agua, por ejemplo, ABB fabrica los accionamientos que permiten que el agua salga con la presión precisa. La empresa cuenta con otros muchos productos de apoyo a los servicios de abastecimiento de agua, desde simples caudalímetros hasta avanzados sistemas de control de

procesos. El agua dulce, a la que tan acostumbrados están los habitantes de los países desarrollados, es una comodidad. La protección contra los desastres naturales es una necesidad humana básica: deseamos saber con antelación si va a haber un huracán para poder salvar la vida. Pero también, en un nivel no tan básico, es habitual que queramos saber qué tiempo va a hacer durante nuestras vacaciones. Los satélites equipados con instrumental de ABB son los que emiten las predicciones más acertadas. Por su parte, los satélites con interferómetros de ABB llevan un control riguroso de la calidad del aire. Al igual que el agua, el aire limpio es una comodidad. Para muchas personas, el trabajo diario no es sólo un deber necesario, sino también una actividad vital enriquecedora. Cuanto más creativas puedan ser las personas en el trabajo, más cómodas se sienten. Una vez más, la tecnología es la llave para ofrecer un entorno de trabajo confortable. Los sistemas de automatización de ABB evitan a los operarios la carga de las labores administrativas y ayudan con el análisis de datos de los procesos complejos. Los robots ayudan a realizar las tareas más mecánicas e incluso su programación es ahora más sencilla que nunca. En última instancia, la tecnología, las herramientas y la energía versátil son lo que conceden a las personas la libertad de avanzar en su desarrollo, y eso es comodidad.

Torre Le Rêve, Dubai

Friedrich Pinnekamp Investigación corporativa de ABB Zurich, Suiza [email protected]

Referencia [1] “Energizing the least developed countries to achieve the millennium development goals: the challenges and opportunities of globalization.” Conferencia Ministerial de los Países Menos Adelantados de las Naciones Unidas, Issues Paper, julio de 2007, Estambul.

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Una diferencia abismal

El confort como valor añadido La tecnología inteligente de instalaciones eléctricas hace la vida más segura y más fácil y contribuye a mejorar el aprovechamiento eficaz de la energía Bernhard Doerstel

La casa equipada con una red de comunicaciones no es una visión de futuro, sino una realidad, gracias a la tecnología inteligente de sistemas para viviendas y edificios de Busch-Jaeger Elektro GmbH. La compañía ABB ofrece soluciones innovadoras y productos que permiten conectar de forma flexible diversos sistemas eléctricos domésticos y controlarlos cómodamente por medio de la red eléctrica instalada. Iluminación ambiental, temperatura confortable constante o control de las ventanas y puertas no son más que algunas de las diversas funciones que proporciona el sistema. El ahorro de energía, la facilidad de instalación y la capacidad de ampliación aportan un valor añadido a las casas particulares y a los edificios comerciales y públicos, museos y hoteles. 10

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El confort como valor añadido

Una diferencia abismal

L

a seguridad, la protección, la comodidad y la eficacia son necesidades universales. Esto es especialmente cierto en el lugar donde la gente pasa muchísimo tiempo: su casa. La instalación eléctrica desempeña un papel fundamental para satisfacer las necesidades de seguridad, protección, comodidad, economía y eficacia energética, ya que muchos de los dispositivos y funciones domésticos están controlados eléctricamente y conectados a una infraestructura común. La tecnología inteligente de edificios es capaz de ejercer varias funciones para los residentes, a los que permite disfrutar de la vida en sus casas con comodidad y seguridad. La idea básica de esta tecnología es la adaptación de las instalaciones eléctricas a las necesidades de los usuarios para que resulten fáciles de manejar, y no a la inversa. A continuación se proponen tres ejemplos de productos de la tecnología de sistemas para edificios de Busch-Jaeger que están logrando que estas instalaciones sean de uso más cómodo y fácil para los usuarios: Ahora, las luces de casa se pueden apagar antes de irse a la cama simplemente pulsando un botón. Con la tecnología inteligente ya no es preciso comprobar que todas las ventanas están cerradas. Ya no es necesario regular a mano las persianas y la calefacción, porque ahora se pueden controlar automáticamente de forma más segura y económica.

La idea básica de la tecnología inteligente de sistemas para edificios de Busch-Jaeger es la adaptación de las instalaciones eléctricas a las necesidades de los usuarios para que sean fáciles de manejar. Una de las muchas ventajas de esta tecnología para un futuro seguro es su facilidad de manejo. La mayoría de las funciones se controlan tocando el panel de control de la unidad central de visualización y control 1 . Puede emplearse para cerrar a la vez todas las persianas Revista ABB 2/2008

de la casa o para elegir la iluminación ideal para leer o para ver la televisión. Disponer de la luz adecuada en el lugar adecuado no sólo hace la vida más confortable, sino que también aumenta la protección. El i-bus® EIB/KNX de ABB enciende y apaga automáticamente la luz del acceso a la vivienda y, con ayuda de los sensores de movimiento, brinda a los invitados una cálida recepción al tiempo que disuade a los visitantes no deseados. En los largos periodos de ausencia se puede simular la presencia de ocupantes controlando la iluminación. ¿Están cerradas todas las claraboyas? ¿Hay que bajar la calefacción del primer piso? Con la moderna tecnología de instalaciones eléctricas estas preguntas se convierten en superfluas, pues estos sistemas están constantemente controlados por sensores: los termostatos de las habitaciones bajan la temperatura algunos grados cuando se sale de casa o cuando se abren las ventanas, y un sistema de control central comprueba si se han cerrado todas las puertas y ventanas, haciendo innecesaria la habitual “ronda de inspección”. Y si por la noche se produce algún ruido sospechoso, un toque en el botón de pánico encenderá todas las luces de la casa.

Muchos propietarios exigentes desean también un diseño elegante que acompañe a la tecnología. Un ejemplo es la serie de interruptores “de acero inoxidable puro”, con un innovador acabado de la superficie. Una capa especial reduce al mínimo la huella de los dedos.

La tecnología inteligente de sistemas para edificios de Busch-Jaeger permite que diversos dispositivos eléctricos interactúen donde y cuando lo requiera el usuario. Tiempos modernos para un chalet de la década de 1970

El sueño de una casa equipada con una red no está reservado a las viviendas nuevas. También puede incorporarse a casas antiguas sin modificar su arquitectura. En Ratingen, cerca de Düseldorf, Alemania, se puede encontrar una lograda combinación de la tecnología más avanzada con la arquitectura de la década de 1970: un chalet renovado con la ayuda de una tecnología innovadora 3 . 1

El panel de control es la interfaz de usuario central.

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El interruptor de confort presenta cuatro niveles de funcionalidad.

Pero la tecnología ofrece mucho más que esto en términos de seguridad y protección. El control automático de humedad de la cocina y el sótano ayuda a evitar sorpresas desagradables, y los detectores de humo alertan a los residentes de la presencia de humo o fuego, incluso mientras están durmiendo. La tecnología es de fácil instalación y está diseñada para que “crezca” cuando aumenten las necesidades. El interruptor de confort, por ejemplo, parece un interruptor de la luz normal pero ofrece mucho más y combina varios niveles de confort 2 : Funcionamiento normal: enciende y apaga la luz de la forma habitual. Funcionamiento semiautomático: enciende la luz de la forma manual, pero la apaga automáticamente con un temporizador. Funcionamiento totalmente automático: no hace falta ninguna intervención manual.

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El confort como valor añadido

Una diferencia abismal

El corazón de la tecnología de sistemas para edificios, que se controla por medio del i-bus® EIB/KNX de ABB, es el panel de control, que combina un diseño atractivo con un manejo práctico. El panel es el elemento central de control y visualización de las diversas funciones domóticas, que van desde la electrónica de consumo hasta la simulación de presencia pasando por la iluminación y el control de las persianas. El panel de control se complementa con la serie lineal de sensores EIB sensor future®, que se adaptan perfectamente al concepto de habitación de vanguardia. La tecnología inteligente de sistemas para edificios permite que diversos dispositivos eléctricos interactúen donde y cuando lo requiera el usuario. Atenuar la luz, cerrar las persianas, encender el cine en casa: un solo sistema lo hace todo. La elegante pantalla táctil presenta hasta diez paneles, que se seleccionan con el dedo o con un puntero de PDA. Además, se pueden memorizar y recuperar escenarios luminosos que bañan toda la vivienda en un ambiente luminoso especial.

La tecnología inteligente de edificios es capaz de ejercer varias funciones para los residentes, a los que permite disfrutar de la vida en sus casas con comodidad y seguridad. Ver el arte bajo una luz favorable

Los productos de la tecnología de sistemas para edificios de Busch-Jaeger se encuentran en muchos edificios históricos públicos y representativos, donde se utilizan para crear ambientes luminosos. En la residencia Würzburg, por ejemplo, se recibe al visitante con una visión ver3

Chalet de Ratingen, Alemania, puesto al día

daderamente “imperial” cuando se acerca a la escalinata 4 : sobrevolando los escalones blancos, por encima del rellano, se extiende el deslumbrante fresco restaurado del pintor veneciano Giovanni Battista Tiépolo. Este escenario único se pone de relieve gracias a un avanzado sistema de iluminación basado en la tecnología innovadora de Busch-Jaeger para edificios. Unas luminarias y unos puntos de luz de diseño especial proporcionan al fresco y a la escalera una iluminación perfecta. El panel de control de BuschJaeger encaja discretamente incluso en este entorno especial. La iluminación puede controlarse de forma automática por medio de señales enviadas desde una estación meteorológica o bien manualmente, regulando la intensidad de forma individualizada. Esto es especialmente útil para recepciones oficiales y acontecimientos especiales, pues una atmósfera solemne exige una iluminación apropiada. Junto a otras funciones del edificio, la tecnología permite adaptar la luz ambiental a la situación de forma sencilla y rápida. Confort máximo para los viajeros

Después de 117 años, el Hotel de Saxe ha vuelto a Dresden Neumarkt, una de las plazas más bellas de Europa 5 . Muy bien situado frente a la famosa Frauenkirche, el hotel del grupo Steigenberger ha abierto sus puertas recientemente. Fiel al diseño original en el exterior, el hotel de primera clase ofrece un confort de lujo con ayuda de la moderna tecnología de sistemas para edificios de Busch-Jaeger. Los interioristas querían que los elementos visibles de la instalación eléctrica fuesen una prolongación de la idea esencial de cada habitación. Al fin y al cabo, los interruptores para la tarjeta del

hotel y las luces son las primeras cosas que ve el huésped cuando entra en la habitación. Se eligieron interruptores de la serie lineal Busch-Jaeger future®, cuyo diseño discreto se adapta a la elegancia pura y delicada de la casa Steigenberger. La nueva tarjeta de acceso del hotel se utilizó por primera vez en este proyecto. También en las zonas comunes del hotel de cuatro estrellas se aprovecha al máximo la moderna tecnología de instalaciones eléctricas. De día, una impresionante cúpula de cristal que se extiende sobre el hall de recepción, el bar y la galería inunda la entrada con una agradable luminosidad. Por la noche, los distintos ambientes de luz crean una atmósfera acogedora. Estos ambientes se controlan por medio del i-bus® EIB/KNX de ABB y se activan en función de la hora del día.

El i-bus® EIB/KNX de ABB enciende y apaga automáticamente la luz del acceso a la vivienda y, con ayuda de los sensores de movimiento, brinda a los invitados una cálida recepción al tiempo que disuade a los visitantes no deseados. En casi todas las zonas del Hotel de Saxe, la moderna tecnología de sistemas para edificios de Busch-Jaeger garantiza el confort y crea una iluminación ambiental. El gran salón de baile, por ejemplo, dispone de un tabique divisorio que muestra vistas de Dresde editadas digitalmente. Cuando está cerrado, la iluminación de las dos partes se controla por separado; cuando se abre, los interruptores de ambos lados del tabique controlan las luces de todo el salón. Se han programado y memorizado varios ambientes luminosos para presentaciones, banquetes, etc., que se activan con sólo tocar un botón. La iluminación y la protección frente a la luz solar y la pantalla de proyección se manejan mediante paneles de control fáciles de usar. Unos pocos botones con sus correspondientes etiquetas ayudan a los usuarios inexpertos a manejar fácil y

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El confort como valor añadido

Una diferencia abismal

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La Residencia Würzburg

rápidamente las diversas posibilidades técnicas. Además, las conexiones con equipos audiovisuales permiten controlar la iluminación desde el atril y manejar simultáneamente el proyector y la atenuación de las luces. Para satisfacer las necesidades particulares, cada grupo de luminarias se puede controlar tanto manualmente como mediante ambientes predefinidos, y se puede atenuar de forma individualizada.

Una instalación única de la tecnología de sistemas para edificios se encuentra en el Canal de Kiel, al norte de Alemania, donde se ha presentado el prototipo de la primera casa flotante de bajo consumo. Para ofrecer al cliente el mejor servicio, el sistema está conectado con la red informática interna de Steigenberger mediante la interfaz EIB/LAN, lo que permite controlar la iluminación desde el ordenador de un empleado. El i-bus® EIB/KNX de ABB está presente incluso en las cocinas. Cada zona, desde el puesto de los entrantes hasta la pastelería, está subdividida en distintos grupos de luminarias que pueden conmutarse de forma individual. Esto ayuda a ahorrar energía, puesto que sólo las zonas en las que hay personal necesitan iluminación. Lo mismo se aplica a las escaleras y los pasillos, que se iluminan con distinta intensidad a lo largo del día. Con su tecnología de sistemas para edificios, los productos Busch-Jaeger no Revista ABB 2/2008

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Hotel de Saxe en Dresde

solamente rematan el diseño del Hotel de Saxe, sino que aseguran un confort moderno y un aprovechamiento eficaz de la energía tras una fachada histórica. Tecnología para una casa flotante

Una instalación única de la tecnología de sistemas para edificios se encuentra en el Canal de Kiel, al norte de Alemania, donde se ha presentado el prototipo de la primera casa flotante de bajo consumo. “Vida en el agua 1” es el primer proyecto de este tipo que combina métodos de construcción respetuosos con el medio ambiente, alimentación eléctrica regenerativa y los modernos sistemas de instalación de Busch Jaeger 6 . El edificio residencial tiene una estructura de madera y cristal y descansa en un cuerpo flotante de acero sumergido en el agua. La energía necesaria se produce con ayuda de una planta fotovoltaica montada en la cubierta, con un intercambiador de calor situado bajo la casa flotante y con un horno de madera aglomerada situado en el jardín de invierno. La “villa acuática”, generosamente acristalada, ofrece durante todo el año una visión inalterada del espectáculo de la naturaleza. La casa tiene 140 metros cuadrados de espacio habitable cubierto, contando las terrazas exteriores de los tres pisos y las cubiertas. Un interior moderno con materiales nobles completa el mensaje de diseño limpio de la arquitectura exterior. El elevado nivel del equipamiento se refleja en la tecnología del sistema para edificios, que, siguiendo las instrucciones del propietario, no debía ser inferior

a lo habitual en una vivienda de lujo construida en tierra. El sistema i-bus® EIB/KNX de ABB constituye la base de la red flexible y el cómodo control de los equipos de iluminación, calefacción, ventilación y seguridad y protección de la casa flotante. Una vez más, el panel de control BuschJaeger actúa como elegante elemento de control. Situado en el centro de la zona de la cocina, se integra con elegancia en la decoración moderna y funcional. En el menú principal, la pantalla de LCD presenta toda la estructura de cubiertas de la casa flotante, desde la inferior hasta la terraza solar. El manejo del panel es sencillo e intuitivo: un toque en la pantalla lleva directamente a una vista general de las funciones individuales de las habitaciones y muestra la temperatura y otras condiciones, que a continuación pueden ajustarse con el dedo.

El sistema i-bus® EIB/KNX de ABB constituye la base de la red flexible y el cómodo control de los equipos de iluminación, calefacción, ventilación y seguridad y protección de la casa flotante. Luz, calefacción, refrigeración, temperatura, indicación de alteraciones: la versatilidad del panel de control es incomparable. Una de las funciones que hace confortable la vida en la casa flotante es el control de los distintos ambientes 13

El confort como valor añadido

Una diferencia abismal

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luminosos. La cubierta principal alberga la zona habitable, con el jardín de invierno, la cocina y el cuarto de baño, así como un solarium, que también puede utilizarse como muelle para un barco. Dado que todas las zonas están generosamente dotadas de elementos de iluminación, se pueden programar ambientes luminosos para cada situación. Mientras que por la noche la cocina debe estar intensamente iluminada, el comedor y el jardín de invierno están envueltos en una cálida iluminación indirecta acentuada por las luminarias cenitales dispuestas sobre la mesa del comedor. Además, las luminarias exteriores de la fachada de cristal y las terrazas crean un ambiente agradable. Ésta es sólo una de las posibles situaciones que se pueden activar con el toque de un botón del panel de control. Todas las funciones, como la iluminación, calefacción o electrónica doméstica, pueden manejarse con el mando a distancia o con los elementos de control de los dispositivos. El dispositivo multifuncional de visualización y control actúa también como “centro de avisos”, que indica de forma visual y acústica la activación de detectores de movimiento, contactos de ventana y otros equipos de seguridad. Al mismo tiempo, los dispositivos de protección aumentan la sensación de confort. Los detectores de movimiento encienden automáticamente la luz para los residentes que llegan a casa o para los invitados que visitan la casa flotante. El área de la cocina se ilumina también 14

los equipos de protección o la electrónica de consumo en función de las necesidades de los residentes. Los elementos operativos individuales y múltiples incorporan conmutadores iluminados que se pueden programar y rotular a voluntad. Así, en el jardín de invierno unos sensores cuádruples ofrecen numerosas posibilidades: mientras los cuatro botones superiores se pueden utilizar para controlar las luces, los inferiores están destinados a las funciones de control de las ventanas.

El proyecto piloto de casa flotante

cuando se entra en ella, una función muy práctica para quien llega con las manos ocupadas y no puede encender la luz con el interruptor. Cuando hace frío, la casa flotante se transforma en un hogar acogedor gracias al i-bus® EIB/KNX de ABB y el panel de control, que se ocupan de regular eficazmente la calefacción en función de la demanda. Los valores para cada habitación se pueden visualizar, programar y modificar individualmente. Además, se puede controlar directamente la temperatura de zonas determinadas de la cubierta con los termostatos de las habitaciones.

La tecnología detecta opciones de ahorro de energía sin necesidad de ninguna indicación del usuario. La tecnología inteligente de sistemas para edificios detecta opciones de ahorro de energía sin necesidad de ninguna indicación del usuario. Así, los contactos de las ventanas indican que hay ventanas abiertas. En este caso, se reduce automáticamente la calefacción al valor necesario para evitar la congelación. Con la función de ausencia, el sistema baja hasta un valor predeterminado. Además del panel de control central, los sensores EIB situados en cada habitación ayudan a controlar la iluminación,

Finalmente, para completar esta imagen de confort, se puede hacer que la música suene en cada habitación con el sistema Busch-AudioWorld®. Los altavoces adecuados ofrecen la mejor calidad de sonido estéreo incluso en las habitaciones más pequeñas. La combinación de características arquitectónicas y tecnología para edificios en un ambiente espectacular, como se ha logrado en el proyecto “Vida en el agua 1”, ha abierto nuevas posibilidades estéticas y técnicas. El confort incluye la eficacia

El precio cada vez más alto de la energía y el actual debate sobre el clima han aumentado el interés por el ahorro energético. La moderna tecnología para edificios desempeña un importante papel en este campo, ya que permite, entre otras cosas, un control de la calefacción automático y eficaz. ABB ha desarrollado muchos productos y sistemas que ofrecen nuevas funciones al tiempo que aumentan el confort del usuario. Flexibilidad y versatilidad son sólo dos cualidades de la tecnología para edificios Busch-Jaeger, que ha iluminado acertadamente y con estilo edificios nuevos y antiguos, y que ha aumentado eficazmente el confort, la seguridad y la protección.

Bernhard Doerstel Busch-Jaeger Elektro GmbH Miembro del Grupo ABB Lüdenscheid, Alemania [email protected]

Lectura recomendada: Rohrbacher, H., Struwe, C. “Eficiencia energética inteligente”. Revista ABB 1/2008, páginas 14–17. Steiger, O., Bloch, R., Kramer, B., et al. “Detección inalámbrica”. Revista ABB 4/2007, páginas 70–73.

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Llevamos la tecnología al hogar

Seguridad invisible Las instalaciones eléctricas en los edificios Guenter Schreiner, Gary Scardifield

Una de las obras maestras de la ingeniería es la transformación de esa entidad peligrosa en potencia que denominamos electricidad en un producto básico de consumo diario completamente seguro. La mayoría de las personas son conscientes de que tocar un cable con una tensión de 220 V puede ser una experiencia dolorosa. En todo caso, a pesar de la omnipresencia de estos cables en los hogares, suelen estar muy bien protegidos. Un sistema avanzado garantiza la seguridad de las personas, de la propia instalación y del conjunto del edificio. La elegancia y la importancia de tales instalaciones suelen ocultarse en sótanos y armarios para objetos de limpieza, o bajo una capa de yeso. La intención del presente artículo es ofrecer al lector una mirada entre bastidores para que pueda hacerse una idea de la tecnología oculta que hay detrás del bienestar cotidiano.

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Seguridad invisible

Llevamos la tecnología al hogar

D

e cuando en cuando, casi todo el mundo tiene que bajar al sótano para arreglar algún fusible, sin conocer, probablemente, para qué sirven los diversos elementos del fusible y de los contadores. En una casa se pueden instalar componentes básicos de muy diversa índole. ABB, como uno de los principales fabricantes de dispositivos y componentes para aplicaciones domésticas y comerciales, ofrece casi todas las unidades necesarias 1 .

El uso generalizado y distribuido de los IAM aumenta lo que se denomina selectividad de protección. Si una lavadora, por ejemplo, se protege con un IAM individual, en caso de avería, la máquina se desconectará. Sin embargo, no afectará a la alimentación eléctrica de otros dispositivos, de modo que podrán seguir funcionando. Cuantos más IAM se instalen para aplicaciones individuales, menores serán los efectos de los incidentes individuales que puedan producirse.

Prevención de corrientes excesivas

Una de las unidades más importantes y de uso más generalizado en el campo de la protección de hogares y edificios es el interruptor automático en miniatura (IAM) 2 . Los IAM se usan para la denominada protección de línea y contra incendios, es decir, protegen a los edificios y aplicaciones de los efectos de los cortocircuitos y sobrecargas. Por ejemplo, si el aislamiento de un cable se daña y entran en contacto dos cables de cobre, se produce un cortocircuito. La alta intensidad resultante obliga al IAM colocado más arriba a dispararse de inmediato. La protección del cortocircuito se basa en un circuito desconectador electromagnético que abre el circuito e interrumpe el paso de la corriente. El IAM también es responsable de la protección de las líneas conectadas entre sí. La unidad debe estar diseñada para la carga esperada de todos los dispositivos conectados. La unidad debe estar diseñada para la carga esperada de todos los dispositivos conectados. Si hay demasiados dispositivos o si éstos consumen demasiado, puede producirse una sobrecarga permanente que, aunque no puede calificarse de cortocircuito, puede hacer que el cable se caliente y se prenda fuego. Las sobrecargas de mayor duración se detectan mediante un elemento térmico que hay en el interior del IAM que abre el circuito para evitar daños. 1

16

ABB ofrece otros muchos productos que contribuyen al confort, la seguridad, la fiabilidad y la eficiencia energética de las instalaciones eléctricas de sus clientes. Otra ventaja de los IAM es su capacidad de reutilización. Los fusibles tradicionales deben sustituirse después de cada operación, lo que significa no sólo que en cada hogar debe haber reservas de fusibles, sino también que se corre cierto riesgo de usar el tipo incorrecto. Los IAM no necesitan sustituirse ni retirarse. Incluso un profano en la materia puede cerrar con facilidad el circuito afectado activando la palanca del IAM abierto (por supuesto, después de haber abordado el problema, por ejemplo, desenchufado el dispositivo defectuoso).

nea eléctrica y se dirigen a tierra aunque la corriente sea muy pequeña. Al igual que los IAM, tienen un mecanismo de detección de corrientes. Cuando la corriente de pérdida aumenta por encima de un determinado umbral, el RCD interrumpe de inmediato la corriente. Los IAM suelen ofrecer tres tipos de protección: Protección básica: es la que suele proteger a las personas de las descargas eléctricas. Puede consistir en el aislamiento de un cable o en la colocación de una caja sobre un dispositivo o equipo eléctrico. Si la protección básica tiene algún defecto y alguien toca la parte defectuosa o si alguien no tiene cuidado con la electricidad, el RCD desconecta e interrumpe el circuito en cuestión. En tal caso, el RCD ofrece una protección extra contra las descargas eléctricas. Protección contra fallos: sirve para proteger al usuario si se produce alta tensión en la caja del dispositivo. El RCD desconecta entonces el circuito eléctrico en cuestión y evita que una persona entre en contacto con el dispositivo defectuoso. 2

Mecanismo interno del interruptor automático en miniatura

Buena protección

Los dispositivos por corriente residual (RCD), o interruptores diferenciales, constituyen otro tipo de elemento de protección indispensable. De conformidad con las normas internacionales y nacionales en todos los países de la UE, todos los enchufes y los equipos móviles para el exterior deben protegerse con RCD. Los RCD detectan las corrientes de pérdida, que escapan de una lí-

Gama completa de dispositivos de instalación suministrados por ABB

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Seguridad invisible

Llevamos la tecnología al hogar

Protección preventiva contra incendios: es necesaria si la corriente de pérdida de una línea eléctrica se dirige a tierra durante algún tiempo. En este caso, un IAM no se desconectaría, puesto que la corriente es demasiado baja, aunque la corriente de falta podría causar un fuego. En su lugar, el RCD desconecta el circuito en cuestión. La selectividad también es importante en este caso. No debe usarse un solo RCD para proteger todos los enchufes o todos los circuitos para la iluminación de un edificio, ya que se apagarían todas la luces en caso de fallo.

televisores, entre otros muchos aparatos, y su número aumenta sin cesar. Los dispositivos de protección contra la sobretensión limitan los niveles de tensión y actúan como conmutadores de puesta a tierra. Una gama completa de dispositivos para el confort

Además de estos dispositivos especiales de protección, ABB ofrece otros muchos productos que contribuyen al confort, la seguridad, la fiabilidad y la eficiencia energética de las instalaciones eléctricas de sus clientes. Entre ellos se encuentran:

Las corrientes de alta intensidad no son la única fuente de riesgo en las instalaciones eléctricas. La sobretensión es otra fuente de peligro: aunque la tensión nominal del enchufe sea de 220 V o 110 V, se pueden producir picos repentinos de tensiones mucho más altas (si bien de duración muy corta). Pueden estar causados por rayos, operaciones de conmutación o enormes variaciones de carga en la red. Tales circunstancias pueden causar la ruptura del aislamiento o daños en los dispositivos conectados. De hecho, para dispositivos electrónicos de uso común comercial y residencial, las sobretensiones son la causa principal de daños. Las consecuencias de los daños producidos por una sobretensión pueden abarcar desde un funcionamiento defectuoso por la pérdida de datos a incendios. Estos funcionamientos defectuosos afectan a ordenadores, impresoras, monitores, reproductores de DVD o 4

La Cancillería (Bundeskanzleramt ) de Berlín

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Por diversos motivos, el funcionamiento simultáneo de dos cargas potentes (por ejemplo, calefacción por acumulación y por ventilación) puede resultar imposible. En tales situaciones, un relé desconecta el dispositivo con funcionamiento a largo plazo (calefacción por acumulación) cuando se usa el dispositivo a corto plazo (calefactor por ventilación). Contadores de consumo energético

Algunos enchufes pueden conectarse o desconectarse de forma automática y a unas determinadas horas fijadas por el usuario.

Este tipo de contadores permiten medir por separado el consumo de energía de distintos dispositivos o partes del edificio, por ejemplo, el de un apartamento en un edificio residencial. Ofrecen un resumen fácil de interpretar sobre el consumo de energía y pueden contribuir a hacer más eficiente el uso de la energía eléctrica.

Relés temporizadores

Aprobación en todo el mundo

Pueden activarse distintas funciones temporales como, por ejemplo, interrupciones automáticas, inicios retardados o desconexiones.

La infraestructura segura, fiable y eficiente que proporcionan las instalaciones eléctricas domésticas se rige por organismos reguladores regionales en todo el mundo. Antes de que cualquiera de estos dispositivos pueda salir al mercado e instalarse en los hogares deben contar con el apoyo de las autoridades correspondientes.

Interruptores temporizadores Prevención de daños mediante picos de tensión máxima

Relés de control de cargas

Interruptores crepusculares

Las luces pueden encenderse o apagarse automáticamente en función de un nivel preseleccionado de luz ambiental. 3

Los dispositivos de ABB para instalaciones domésticas cumplen con una amplia serie de certificaciones de todo el mundo.

5

Instalación eléctrica situada en armarios para aumentar la seguridad

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Seguridad invisible

Llevamos la tecnología al hogar

Los productos de ABB que utilizan usuarios de casi todos los países del mundo cuentan con esta aprobación y ofrecen el máximo nivel de protección para el usuario particular 3 . En todo caso, no es sólo el usuario final el beneficiario de esta aprobación y normalización: también se beneficia el instalador que realiza la instalación eléctrica del edificio. La técnica de instalación normalizada que emplea dispositivos montados sobre raíles ofrece un elevado nivel de eficiencia y solidez para el trabajo de instalación.

6

La tapa frontal de un armario parece un cuadro, lo que permite colocarlo como un objeto decorativo en el hogar.

Seguridad sin compromiso

Todos los dispositivos de protección y medición citados deben instalarse en el edificio de modo que no pongan en peligro a ninguna persona que por desconocimiento o falta de atención puedan entrar en contacto con la instalación. Se garantiza que así sea fijando las unidades a los raíles de forma segura y normalizada y, además, montando los raíles en armarios cerrados inamovibles. En función de los requisitos del edificio en el que se va a realizar la instalación eléctrica, estos armarios pueden alcanzar un tamaño considerable. En 4 se ve el edificio de Berlín que alberga la oficina del canciller alemán: la Bundeskanzleramt. Para garantizar la fiabilidad de la infraestructura eléctrica, ABB ha colocado la instalación en el sótano del edificio 5 . Los montajes de aparamenta de baja tensión y sometida a pruebas de tipo para hasta 4.000 A garantizan los más altos niveles de seguridad personal y de edificios, así como de disponibilidad del suministro de energía en un entorno comercial e industrial. Una ventaja única para el usuario final es la amplia gama de cajas sometidas a pruebas de tipo que hay disponibles: desde 125 A para un panel de distribución secundaria hasta 4.000 A para una distribución principal en un armario de equipos de conmutación eléctrica TriLine-R. Las combinaciones de cajas y dispositivos 18

se someten a pruebas de tipo para garantizar la fiabilidad y la seguridad para el usuario. Tales pruebas las documentan organismos de aprobación independientes y certificados. Así no sólo se garantiza que las instalaciones son adecuadas para su finalidad, sino que también se asegura a los usuarios finales que sus instalaciones eléctricas están dimensionadas correctamente. Los equipos de ABB funcionan adecuadamente en entornos tan exigentes como hospitales, campos deportivos, centros comerciales, bancos o edificios de oficinas.

Las mejores tecnologías suelen ser las que no se ven, puesto que se comportan justo como la intuición del usuario espera que lo hagan, y en cualquier momento.

les, los clientes tienen en cuenta otros aspectos. Entre ellos, el aspecto atractivo de los armarios, si éstos van a colocarse en la zona habitable de la casa.

Las unidades de serie UK 500 de ABB cumplen estos deseos adicionales del consumidor. En ellas hay un juego de armonía entre el diseño, la tecnología avanzada y el alto grado de calidad en el montaje. Las unidades UK 500 pueden suministrarse para montaje empotrado o en superficie. Pueden montarse también en muros huecos o embutidos en parte. Con el añadido de contar con distintas opciones de puertas de atractivo diseño, este producto técnico satisface las demandas con respecto al aspecto decorativo y de ocupación de espacio, puesto que no sólo se adapta perfectamente a lo que le rodea, sino que también actúa como centro de atención visual 6 . La amplia gama de armarios para equipos de conmutación, de suelo y de pared modulares permite que cada cliente pueda escoger una configuración según sus necesidades individuales y económicas. Seguridad confortable

Las mejores tecnologías suelen ser las que no se ven, puesto que se comportan justo como la intuición del usuario espera que lo hagan, y en cualquier momento. La tecnología de ABB hace precisamente esto. Tanto si una persona está viendo un partido de fútbol con luz de proyección como si está de compras en un centro comercial muy iluminado y con aire acondicionado, la tecnología de ABB ofrece un funcionamiento seguro y fiable de la infraestructura eléctrica residencial y del edificio.

Guenter Schreiner ABB STOTZ-KONTAKT GmbH Heidelberg, Alemania [email protected] Gary Scardifield ABB Stiebel & John GmbH

Cuando se trata de dotar de instalaciones seguras a los edificios residencia-

Sasbach, Alemania [email protected]

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Infundir nueva vida La tecnología del abastecimiento de agua se emplea para enfrentarse con el problema crucial a escala mundial de la disminución de las fuentes de agua potable Heinrich-Martin Schreyer

Cubre dos tercios de la superficie de la Tierra, constituye el 75 % del cuerpo humano y es uno de los elementos primordiales, responsables de la vida en el planeta. Aunque el porcentaje de agua utilizable por el hombre en todo el planeta sea muy bajo, en la actualidad hay bastante agua para satisfacer la demanda de una población mundial en aumento. Sin embargo, se estima que actualmente la tercera parte de la población vive en países con escasez de agua y que para 2025 la proporción ascenderá a dos terceras partes. Una de las causas es la calidad de las aguas. En muchas zonas habitadas, la explotación y la contaminación han transformado el agua utilizable en un “cocktail” químico inadecuado para el uso o para el consumo humano. Otra de las razones es la ineficiencia con que se emplea gran parte del agua. Asimismo, la ineficacia de los sistemas de transporte y distribución contribuye al deficiente acceso al agua y a cada vez mayores pérdidas. Mediante una tecnología nueva y mejorada, ABB está ayudando a los servicios de suministro de agua en su labor de aumentar las posibilidades de acceso a un agua que sea más utilizable, así como a la reutilización de las aguas residuales tratadas.

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Infundir nueva vida

Llevamos la tecnología al hogar

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l agua es un recurso vaen una vasija cerrada. La sal1 La planta desalinizadora de ósmosis inversa (OI) número R.O.-1 lioso, pero, por desgracia, muera concentrada permanece en Arabia Saudita ha aumentado su capacidad de desalinización el suministro de agua potable en un lado de la membrana y 3 nada menos que en 50.400 m al día. está disminuyendo al tiempo el agua que se puede transporque aumenta su demanda. La tar, en el otro lado. Históricafalta de agua dulce reduce el mente, la tecnología de OI se desarrollo económico (ya que ha empleado en plantas de para el crecimiento industrial tamaño pequeño o mediano. se precisa agua) y hace que Como se considera la solución disminuya el nivel de vida. La para desalinización con mejor agricultura emplea una gran relación coste-eficacia, el métocantidad del agua potable disdo de OI se emplea actualmenponible, y van en aumento la te en aplicaciones grandes. mala utilización y el despilfarro, debido principalmente al La desalinización suele exigir riego. La contaminación hace grandes cantidades de energía que no se pueda utilizar otra y a menudo se la cita como parte del agua disponible. Los una solución cara, en especial gobiernos son conscientes de si se compara con la producde agua potable: por ejemplo, sistemas que existe una necesidad imperiosa de ción de agua en plantas de tratamiento. de riego eficaces o cultivo de plantas gestionar mejor los recursos y buscan Dependiendo del proceso de desalinizaque consuman menos agua. Otra opción sin descanso la solución de sus probleción que se emplee, la energía necesaria es la desalinización, a la vista de la canmas de agua. consume entre un 20 % y un 60 % del tidad de agua salada que cubre el planecoste total de producción (la OI es el ta. Se desaliniza el agua para convertirla menos caro en términos de La explotación y la conta- en agua dulce que sea adecuada para el proceso energía necesaria, y el MSF el más caro). minación han transforma- consumo o el riego, y en muchos casos, Sin embargo, los costes de producción ésta es la única forma de suministrar de las plantas de desalinización han do el agua utilizable de agua dulce en regiones donde la dispovenido reduciéndose durante la última muchas zonas en un nibilidad del agua está muy limitada. década en un factor de más de cuatro. Hay tres procesos principales para la ABB ha estado trabajando para reducir “cocktail” químico inadedesalinización: todavía más estos costes mediante el cuado para el uso o el Destilación en varias etapas (MSF): desarrollo de equipos eléctricos de alto consumo humano. empleado en aplicaciones de gran rendimiento. tamaño, el Multi stage flash o MSF ABB, que acumula muchos años de es un método de destilación multietaNo es sorprendente que experiencia con su amplia cartera de pa donde se calienta el agua del mar una gran proporción de productos y servicios, está ayudando a y se disminuye la presión que la los servicios de suministro de agua a rodea, de forma que el agua se translas plantas de desalinizamejorar la calidad y la distribución del forme en vapor como un “relámpación de todo el mundo agua en las zonas que más lo necesitan. go”. Cada etapa se encuentra a Centrándonos en los procesos eléctricos menor presión. estén situadas en Oriente Destilación de efecto múltiple (MED): y de automatización, ABB puede ayudar Medio, ya que el rápido el método MED (Multiple-effect distia desarrollar, optimizar y mantener grancrecimiento ha aumentallation) debe su nombre al hecho de des redes de suministro de agua por que se utiliza más de una cámara de todo el mundo. En este momento se do la necesidad de serviebullición o “efecto” para producir el están haciendo mejoras en los siguientes cios de suministro de agua destilada. Se emplea en aplicaaspectos: Mejora de las plantas desalinizadoras. ciones de tamaño medio, haciendo energía y agua. Mejora de los sistemas de transporte hervir el agua del mar siguiendo una En la actualidad hay más de 13.000 de agua (WTS). secuencia de efectos, cada uno de Sistema de medición del rendimiento plantas de desalinización en todo el ellos a una presión menor que el de bombas (PEMS). mundo [1]. El rápido crecimiento de anterior. Se utiliza el vapor procedenSistemas de distribución de agua Oriente Medio en los últimos años ha te de una serie para calentar a conti(WDS). originado una necesidad de establecer nuación la siguiente. Únicamente el Sistemas de gestión de fugas de agua infraestructuras básicas como los serviprimer recipiente (a la presión más (WLMS). cios de suministro de energía y agua, alta) exige una fuente de calor extepor lo que no es sorprendente que una rior. Desalinización Ósmosis inversa (OI): se bombea agua gran parte de las plantas de desalinizaHay varias formas de abordar el problesalobre1) o agua de mar a alta presión ción en el mundo se encuentren en esa ma de la degradación de los suministros a través de una membrana permeable zona2). ABB ha estado estrechamente 20

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Infundir nueva vida

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asociada a la mejora de una de dichas plantas, la de Yanbu, para desalinización por OI en Arabia Saudita. Planta de destilación de Yanbu

La planta de desalinización por OI (número R.O.-1) 1 de Yanbu, en el Reino de Arabia Saudita, se compone de seis series con bombas de alta presión. La capacidad de desalinización instalada en

Notas a pie de página 1)

Cuadro 1

del agua de mar. Según el 19º inventario mundial de plantas de desalinización de la IDA, hasta el 31 de diciembre de 2005 se había contratado una capacidad total combinada de 47 millones de metros cúbicos. Una comparación entre la capacidad anual media contratada entre 2001 y 2005 y la contratada en los cinco años anteriores sugiere que el mercado de nueva capacidad está creciendo a un ritmo del 25 % anual. El 33 % de la nueva capacidad contratada en los últimos dos años lo ha sido para clien-

de media tensión, los transformadores, los sistemas de aparamenta de baja tensión, los centros de control de motores, el sistema de control de la planta y el simulador para formación sobre el funcionamiento de la planta. El proyecto se finalizó en marzo de 2007.

Aumento de la capacidad de conducción por medio del proyecto Shoaiba WTS.

Conducción

Debido a su menor concentración de sal, el coste de desalinización del agua salobre es menor que el

2)

esta área ha aumentado en 50.400 m3 al día hasta alcanzar una capacidad total de unos 146.000 m3 diarios. La totalidad de la planta la contrató la Comisión Real de Jubail y Yanbu con SBG-PCM. SBGPCM subcontrató posteriormente con ABB los componentes eléctricos principales, como los sistemas de aparamenta

Shoaiba Jeddah

Shoaiba Quaiza

Shoaiba Mina

Makkah Taif PS 2D

Makkah Taif PS 3D

Capacidad de diseño inicial

270 millones m3/día

290 millones m3/día

450 millones m3/día

180 millones m3/día

180 millones m3/día

Capacidad de diseño final

270 millones m3/día

585 millones m3/día

571 millones m3/día

180 millones m3/día

180 millones m3/día

Bombas de aumento de presión iniciales

3 + 1 x 900 kW

2 + 1 x 1.500 kW 4 + 1 x 1.400 kW

No aplicable

No aplicable

Bombas de aumento 3 + 1 x 900 kW de presión finales

4 + 1 x 1.500 kW 5 + 1 x 1.400 kW

No aplicable

No aplicable

Bombas principales iniciales

3 + 1 x 3.100 kW 2 + 1 x 2.,800 kW

4+1x 10.300 kW

3 + 1 x 7.800 kW 3 + 1 x 7.800 kW

Bombas principales finales

3 + 1 x 3.100 kW 4 + 1 x 7.300 kW

5+1x 10.300 kW

3 + 1 x 7.800 kW 3 + 1 x 7.800 kW

tes en el Golfo Árabe.

2

El proyecto Shoaiba WTS P3, actualmente en marcha en la región occidental de Arabia Saudita, consiste en un sistema de conducciones de 344 km que transportará agua desalinizada a Jeddah, Taif y la Ciudad Santa de Makkak.

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3

El sistema de conducciones Sarir/Sirt y Tazerbo/Benghazi forma parte del proyecto Great Man-Made River (gran río artificial o GMR), que atransportará agua suficiente a la zona costera del norte de Libia, donde vive la mayoría de la población.

río artificial o GMR) 3 . Bajo el desierto, en el sur de Libia, existen grandes reservas de agua dulce, la mayor parte de las cuales se depositaron hace entre 15.000 y 35.000 años en cuatro grandes yacimientos subterráneos. Dentro del proyecto GMR, el agua va a ser transportada a la zona costera del norte, donde vive la mayor parte de la población libia. La Great Man-Made River Authority (GMRA) contrató con ABB el sistema de automatización, un simulador de la conducción y el trabajo de instrumentación. El sistema de simulación de la conducción establece un modelo de la hidráulica hasta con 14 días de antelación, lo que ayuda a la GMRA a hacer funcionar todo el complejo sistema de suministro de agua, desde el campo de pozos a los depósitos de la costa, en correspondencia con la demanda que se produce. El proyecto está actualmente en fase de ejecución. Sistema de medición del rendimiento de bombas

Sistemas de transporte de agua

El WTS de Shoaiba

La misión del sistema de transporte de agua (WTS) es llevar el agua donde se necesite. Un WTS consiste en unas conexiones de multipunto a multipunto a lo largo de varios cientos de kilómetros, que se extienden desde el punto de suministro al de consumo. Se recoge el agua procedente de recursos naturales tales como campos de pozos, ríos o lagos, o de recursos artificiales como pantanos o plantas de tratamiento o desalinización.

En el proyecto del WTS de Shoaiba (fase tres), un sistema de conducciones de 344 km de largo transportará agua desalinizada a las ciudades de Jeddah, Taif y Makkah. El cliente es la compañía Saline Water Conversion Corporation (SWCC). Las estaciones de bombeo y la construcción de la conducción de agua se contrató con un consorcio formado por Saudi Services for Electro Mechanic Works Co., Ltd. (SSEM), AlRashid Trading and Contracting Company (RTCC) y HAK. SSEM ha subcontratado con ABB los componentes eléctricos principales, como la ampliación de los sistemas de aparamenta de alta y de media tensión, los motores de media tensión, los transformadores, los sistemas de aparamenta de baja tensión, los centros de control de motores, el sistema de control de las conducciones y un sistema de detección de fugas en las conducciones. El proyecto se está ejecutando actualmente, pero cuando esté finalizado se habrá aumentado considerablemente la capacidad de transporte de agua Cuadro 1 .

En el extremo final del sistema de transporte, se distribuye el agua a depósitos próximos a las ciudades. Si se presenta un problema en un WTS, se produce un estrangulamiento del suministro de agua que debe resolverse antes de que puedan vaciarse los depósitos. La disponibilidad tiene una prioridad mayor que el coste-eficacia, y tomando como ejemplo el proyecto de WTS de Shoaiba 2 , en la región occidental de Arabia Saudita, ABB ha demostrado que se puede aumentar la disponibilidad del sistema mediante un diseño redundante suministrando equipos fiables eléctricos y de control.

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WTS Sarir/Sirt y Tazerbo/Benghazi

El sistema de conducciones Sarir/Sirt y Tazerbo/Benghazi forma parte del gran proyecto Great Man-Made River (gran

El avanzado Sistema de Medición del Rendimiento de Bombas (PEMS) 4 , basado en tecnología patentada de ABB, vigila y registra continuamente el caudal y el rendimiento de cada bomba. Basado en un método termodinámico de medida (según la norma británica EN ISO 51983)), el PEMS calcula el rendimiento de las bombas mediante el proceso de las temperaturas y las presiones del agua y la potencia de los motores asociados a cada una de ellas. Unos sensores de temperatura extremadamente sensibles (calibrados con la mayor precisión) miden la temperatura del agua de aspiración y suministro de las bombas. Uno de los componentes clave del PEMS es el transmisor de alta precisión High accuracy delta-T transmitter (HADTT), que se ha desarrollado y patentado especialmente para esta aplicación. El HADTT permite medir con gran precisión las diferencias de temperatura (en el margen de los mK) y garantiza una estabilidad a largo plazo debido a una fase de premaduración Nota a pie de página 3)

La norma BS EN ISO 5198 regula las bombas centrífugas, mixtas y axiales. Código de ensayos de rendimiento hidráulico y clase de precisión.

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durante la fabricación. Además, unos transductores de presión inteligentes de ABB, con valores típicos de precisión del 0,075 %, proporcionan un alto grado de flexibilidad de los márgenes de medición.

4

El sistema de medición del rendimiento de bombas (PEMS) calcula el rendimiento de las bombas procesando las temperaturas y las presiones del agua y la potencia del motor asociado a cada bomba.

La medida continua del rendimiento y el caudal de las bombas ahorra energía y costes, ya que permite que el operario seleccione la bomba o combinación de bombas más eficiente. Más del 95 % del coste del ciclo de vida de una bomba corresponden a la energía. El software del PEMS, puesto que analiza el rendimiento registrado para las bombas, propone una actividad concreta de mantenimiento dentro de un programa previsto de mantenimiento predicativo y proactivo. Sistemas de distribución de agua

Los sistemas de distribución de agua (WDS) son redes malladas que posiblemente tienen miles de kilómetros de tuberías. El agua se capta donde están los recursos, plantas de desalinización o de tratamiento. El punto final de un WDS son las tuberías de servicio que dan suministro a los edificios industriales y residenciales, las tierras de labranza o las viviendas. En ciertas áreas se instalan dos sistemas: uno que atiende las industrias agrícolas y las zonas verdes con agua dulce o reciclada, y otro que distribuye agua potable para el consumo humano. El objetivo de las empresas dedicadas a esta actividad es suministrar de forma continua agua de una calidad determinada con el mínimo coste. Para ayudar a empresas como Water and Sanitary Authority Makkah al Mukarramah, en Arabia Saudita, a cumplir este objetivo, ABB puede aumentar la disponibilidad de las estaciones de bombeo mediante el diseño de un sistema eléctrico y de control adecuado, y suministrando equipos de control y eléctricos fiables. Los sistemas SCADA de ABB ayudan a los operadores, ya que hacen funcionar óptimamente su distribución de agua y los riegos, y a los gestores de servicios con el mantenimiento de las fugas a un nivel Revista ABB 2/2008

Gestión de la información

las aparamentas de media tensión, los motores de media tensión, los transformadores, la alimentación para emergencia, las aparamentas de baja tensión, la instrumentación y un sistema de automatización, y del sistema SCADA para la red de tuberías. Sistema de gestión de fugas

Controlador

Transmisor de alta precisión Delta-T (HADTT)

Energía eléctrica Presión

Temperatura

Lado de captación

Temperatura

Presión

Lado de suministro

tan bajo como sea económicamente justificable. La estación de bombeo Makkah Al Mukarramah

La estación de bombeo Makkah al Mukarramah 5 , finalizada en 2004, proporciona agua potable a varios depósitos y redes de suministro de agua conectados a la Ciudad Santa de Makkah. Mediante bombas o por efecto de la gravedad, se suministra el agua desde una línea de aspiración DN 1600 (con un ramal al depósito Arafat) a cuatro posibles líneas de descarga con tamaños que van de DN 800 a DN 1100. Como subcontratista, ABB fue la responsable de todo el trabajo mecánico, de la instalación de sistemas eléctricos, tales como

Uno de los problemas principales que afectan a los servicios de suministro de agua en muchos países en desarrollo es el de las “aguas no rentables” (NRW), es decir, la diferencia entre la cantidad de agua que se aporta al sistema de distribución y la que se factura a los consumidores. Se producen unos valores altos de NRW a causa de pérdidas que pueden ser reales (a través de fugas) o aparentes (por robo o por imprecisión de medida)4).

El sistema de aguas municipales de Bangkok es uno de los mayores del mundo. Alimenta a unos 13 millones de personas en Bangkok, Nontaburi y Samutprakarn, con 1.628 millones de m3 anuales de agua potable a través de 24.328 kilómetros de conducciones en un área de 1.855 km2. Sin embargo, el nivel de NRW de la Metropolitan Water Authority (MWA) era Cuadro 2

Empresas y universidades participantes en el proyecto NEPTUNO

Imperial College of Science, Technology and Medicine University of Sheffield University of Exeter The Chancellor, Masters and Scholars of the University of Cambridge Lancaster University De Montfort University, Leicester Univer-

Nota a pie de página 4)

“Además de las pérdidas reales y aparentes, el concepto de NRW engloba el consumo autorizado y no facturado, que puede corresponder, por ejemplo, al agua utilizada en la lucha contra incendios o

sity of Leicester Yorkshire Water Services Ltd Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)

a la suministrada a instituciones religiosas. Las

United Utilities PLC

NRW constituyen un indicador clave de la calidad

ABB

de una red de distribución de agua.”

23

Infundir nueva vida

Llevamos la tecnología al hogar

Cuadro 3

Las tres áreas prioritarias de investigación (RPA) asociadas al proyecto NEPTUNO

RPA1: Sensores, datos y conocimiento El objetivo de la RPA1 es desarrollar tecnologías y métodos pragmáticos, sólidos y novedosos (por ejemplo, sensores y comunicaciones o tecnologías de inteligencia artificial y simulación matemática) para comprender el comportamiento del sistema en tiempo real. RPA2: Gestión de la presión El objetivo global de la RPA2 es desarrollar un nuevo método y unas herramientas prácticas para la gestión de la presión a fin de mejorar el servicio al cliente, el rendimiento y la sostenibilidad de los sistemas de distribución de agua, y comprobar su implantación en consonancia con la gestión energética y la reducción de fugas. RPA3: Apoyo a la toma de decisiones basada en los riesgos El objetivo de la RPA3 es desarrollar un sistema integrado de apoyo a la toma de decisiones, basado en los riesgos, para evaluar las estrategias de intervención (tanto tácticas como estratégicas) que, a su vez, ayude a la toma de decisiones para el funcionamiento sostenible de los sistemas de agua.

5

superior al 40 %. Había que disminuir este valor a un máximo del 30 %, y la MWA acudió a ABB en busca de ayuda. ABB instaló su software Water leakage management software (WLMS) (software de gestión de fugas de agua), que calcula las pérdidas de agua en 1.000 puntos de medida por todo el Gran Bangkok, permitiendo aislar las fugas y repararlas con rapidez. Neptuno

A medida que disminuyen las reservas de agua dulce se hacen necesarios nuevos métodos para dar uso al agua disponible sin la carga añadida de que los costes sean mayores. En la primavera de 2007, once empresas y universidades Cuadro 2 unieron sus fuerzas para trabajar en un proyecto de investigación5) cuyo objetivo es reducir el coste de la distribución de agua y mejorar la calidad de su suministro. El proyecto se llama NEPTUNO, y abarca: Gestión de la presión y la energía; Gestión de la información; y Herramientas para apoyo a la toma de decisiones. El proyecto tiene tres áreas prioritarias de investigación (RPA) Cuadro 3 , cada

La estación de bombeo Makkah al Mukarramah suministra agua potable a varios depósitos y redes de suministro de agua en la Ciudad Santa de Makkah.

una de las cuales incluye paquetes de trabajo (WP) individuales. Un mercado en crecimiento

Se prevé que el mercado mundial del agua crecerá a un ritmo del 9 % anual. Como para cualquier otro servicio, los servicios de suministro de agua necesitan modernizar y optimizar sus actividades de funcionamiento y mantenimiento. Unos sistemas y procesos de automatización efectivos ayudan a reducir los costes operativos y de mantenimiento, así como a simplificar la cooperación entre instalaciones de suministro de agua sobre grandes áreas. Con su potente base de tecnología y su experiencia, en especial en las áreas de sistemas eléctricos y procesos de automatización, ABB tiene la oportunidad de conseguir un aumento importante de beneficios en este sector del mercado. Para apoyar esta meta se ha establecido una iniciativa estratégica a mediados de 2007 que se centra concretamente en la implantación de la tecnología, el marketing y las ventas en el mercado del agua. Ciertamente, el agua es la fuente de la vida. Infundir nueva vida a las plantas de producción de agua ayuda a dar vida y a mantenerla.

Heinrich-Martin Schreyer Sistemas eléctricos de ABB Mannheim, Alemania [email protected]

Nota a pie de página 5)

El proyecto se titula formalmente “Delivering sustainable water systems by optimizing existing infrastructures via improved knowledge, understanding and technology – Project NEPTUNE” (Oferta de sistemas de agua sostenibles por optimización de infraestructuras existentes mediante conocimiento, comprensión y tecnología mejorados – Proyecto NEPTUNE).

Referencia [1] Kranhold, K. (17 de enero de 2008) “Water, Water, Everywhere . . ., Seeking fresh sources, California turns to the salty pacific” (En busca de nuevas fuentes de agua dulce, California se vuelve hacia el salado Pacífico), The Wall Street Journal.

24

Revista ABB 2/2008

Avanzando

Rendimiento sobre P carriles Material eléctrico para ferrocarriles diseñado por ABB para hacer más cómodos los viajes Harald Hepp, Fabiana Cavalcante, Peter Biller

La economía actual depende del movimiento de mercancías y de personas. Sin un sistema de transporte eficaz y asequible, las personas tendrán menos opciones para elegir los artículos que pueden adquirir o el lugar en el que pueden vivir y trabajar. Al mismo tiempo, el transporte debe tener el menor coste medioambiental posible. Los ferrocarriles eléctricos están en buena posición para satisfacer estas demandas. Ofrecen capacidad elevada, consumo de energía reducido y una ocupación mínima de espacio, sin prácticamente contaminación. No sorprende, pues, que se estén construyendo en todo el mundo nuevas líneas de ferrocarril para satisfacer, por una parte, la necesidad de enlaces de alta velocidad entre ciudades distantes varios centenares de kilómetros como alternativa al avión y, por otra, la de transporte urbano en áreas metropolitanas en expansión que cada día están más congestionadas por los coches. Es esencial disponer de un servicio ferroviario fiable y seguro para ganar más cuota de mercado frente al transporte aéreo y por carretera. Para ganar más adeptos, son factores fundamentales de éxito el acortamiento del tiempo de viaje y la mayor comodidad y seguridad. Este artículo presenta algunas de las aportaciones de ABB para alcanzar estos objetivos.

Revista ABB 2/2008

oca gente piensa, cuando viaja en tren, metro o tranvía, en cómo determinan la comodidad de su viaje los componentes eléctricos de ese vehículo. En este sentido, las primeras cosas que vienen a la cabeza son la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado (CVAA), la iluminación, las tomas de corriente para ordenadores portátiles y otros dispositivos de entretenimiento a bordo.

“Dispositivos de entretenimiento” a bordo

La demanda de electricidad en trenes y vehículos de transporte urbano ha crecido constantemente a lo largo de los años. La instalación de CVAA, las puertas automáticas, los sistemas de información a los pasajeros, los sistemas de vigilancia por vídeo o los aseos en circuito cerrado ya son cosas comunes en casi todos los sistemas de transporte. Actualmente, estos sistemas auxiliares suelen necesitar una capacidad de unos 400 a 800 W por asiento. En algunos tipos especiales de vehículos o trenes, esta demanda de energía es aún mayor; así ocurre, por ejemplo, con el equipo de cocina de un coche restaurante o las duchas de un coche cama. Convertidores auxiliares ABB BORDLINE® M

¿Cuál es la aportación de ABB a estas prestaciones que aumentan el confort de los pasajeros en tantos aspectos? Los convertidores auxiliares de energía 25

Rendimiento sobre carriles

Avanzando

adaptan la alimentación eléctrica de la línea a la tensión e intensidad necesarias para los diferentes grupos de aplicaciones a bordo. Son servicios que los usuarios quieren tener, pero prefieren no ver. Estos sistemas no deben hacerse notar, ni tampoco deben ocupar espacios de los que podrían disfrutar los pasajeros. Se ha progresado mucho en aumentar la densidad de potencia de estos dispositivos, en desarrollar un diseño de tamaño más reducido y en disminuir las emisiones acústicas de los imprescindibles sistemas de refrigeración y de los conmutadores de gran potencia. Los convertidores auxiliares ABB BORDLINE® M tienen una gran flexibilidad de montaje bajo el suelo, en 1

BORDLINE M30, convertidor auxiliar compacto para montar en el techo de un vehículo de ferrocarril ligero. Proporciona alimentación para muchas aplicaciones auxiliares.

el techo e incluso dentro del armario de otros aparatos eléctricos de a bordo 1 . En un vehículo de transporte se debe disponer de electricidad para servicios auxiliares sin interrupción. ABB diseña sistemas redundantes de gestión del suministro eléctrico y de baterías que garantizan la continuidad del suministro auxiliar aunque se produzcan cortes eléctricos durante el funcionamiento del tren. Para los trenes que atraviesan fronteras entre distintas tensiones de línea, ABB proporciona convertidores auxiliares multisistema que se adaptan automáticamente a la tensión presente. Estos sistemas se tratan con más detalle en otro punto de este artículo. Algunos de los convertidores auxiliares de ABB contribuyen también a la comodidad del pasajero de otra forma: activan un sistema pendular para trenes, que pueden así circular más deprisa por vías con muchas curvas.

factores más importantes que determinan el valor de un viaje, aunque sea el desplazamiento diario entre casa y el trabajo, es la duración: cuanto menor, mejor. En viajes de larga distancia se espera una velocidad máxima alta, mientras que en el transporte urbano lo que hacen falta son maniobras de aceleración y frenado rápidas y suaves. Es evidente que el sistema de propulsión es esencial para acortar los tiempos de viaje. ABB suministra los principales componentes eléctricos de un sistema de propulsión eléctrico o diésel-eléctrico: motores, electrónica de potencia, interruptores de potencia Cuadro 1 , transformadores y generadores. Una mirada más atenta a los transformadores y convertidores compactos muestra cómo estos componentes no sólo aumentan la velocidad de desplazamiento, sino que también están diseñados para atender otros aspectos de la comodidad de los pasajeros: más espacio, menos ruido, horarios más fiables, viajes sin transbordos de trenes y seguridad.

Tiempos de viaje más cortos

Con ayuda de los convertidores auxiliares, los pasajeros pueden disfrutar a bordo de las lujosas comodidades a las que están acostumbrados en su vida cotidiana, pero que no pueden utilizar en un coche: ordenador personal, restaurante, lavabos, cama. Pero uno de los 2

26

Transformadores de tracción ABB

El transformador es un punto único de transferencia de energía entre la catenaria y los motores y debe satisfacer la más exigente demanda de fiabilidad. Cualquier fallo del transformador provocaría la inmediata parada del tren, o lo

Varios ejemplos de trenes equipados con transformadores de tracción de ABB

Revista ABB 2/2008

Rendimiento sobre carriles

Avanzando

haría ir a menor velocidad si dispusiese de un segundo transformador en una cadena independiente de propulsión. Así pues, el transformador es de la mayor importancia en términos de fiabilidad y prestaciones. Acceso a los coches y aumento del espacio libre

Los transformadores de tracción tienen que ser pequeños, pues el espacio es escaso, especialmente en los coches que utilizan el concepto de propulsión distribuida (unidad eléctrica múltiple o EMU) que domina en la actualidad. ABB ha desarrollado distintas soluciones para ello, bien situando el transformador bajo el suelo (típico de aplicaciones de trenes de alta velocidad, como el AGV, que es la nueva generación del Tren de Alta Velocidad (TGV) en Francia, el ETR 500 en Italia, o el TALGO 350 en España), bien montándolo en el techo (como en el NINA de Bombardier, el X60 de Alstom o los trenes FLIRT de Stadler) 2 . En ambos casos, los transformadores tienen que ser muy planos, para que el coche pueda tener un diseño de suelo bajo. El suelo bajo significa mayor facilidad de acceso, una mejora considerable para pasajeros discapacitados o que viajan con un equipaje voluminoso, coches de niño o bicicletas. Un acceso más fácil permite acortar el tiempo de parada en Cuadro 1

Interruptor de vacío de media tensión y de corriente alterna AC Trac

las estaciones, lo que a su vez acelera el servicio y mejora el aprovechamiento de la capacidad de la línea. El transformador debe pesar lo menos posible, dado que la carga por eje no suele superar las 22,5 t, o incluso las 17 t, en determinados trenes de alta velocidad o de vía estrecha. Menos peso significa, además, menos necesidad de energía para acelerar y frenar el tren y, por tanto, una mejor utilización de la electricidad. El montaje bajo el suelo de los pesados transformadores de tracción baja el centro de gravedad y aumenta así el confort, especialmente cuando se viaja a gran velocidad. Seguridad: la comodidad invisible

Los transformadores y convertidores de tracción, además de otros equipos del tren, deben cumplir normas estrictas sobre incendios y humos Cuadro 2 . En el diseño de sus transformadores de tracción rellenos de aceite (éste se utiliza para el aislamiento dieléctrico y la refrigeración), ABB tiene buen cuidado de minimizar el riesgo de incendio en todas las situaciones imaginables. No obstante, en el improbable caso de que se produjera un accidente, la adecuada elección de los materiales garantiza un riesgo mínimo para la salud de los pasajeros.

Cuadro 2

Los pasajeros pueden sentarse muy cerca de los transformadores, vayan montados bajo el suelo o en el techo. Además de los aspectos de seguridad, también hay que respetar los límites de las emisiones electromagnéticas. Esto se tiene en cuenta en el diseño del componente activo, de las conexiones y de la cuba del transformador de tracción. Los avanzados conocimientos de ABB contribuyen al apantallamiento del campo magnético, que se aplica también al diseño de los convertidores de tracción. Reducción de ruido

Otro aspecto del confort es la reducción de las emisiones acústicas. La principal fuente de ruido en un transformador es la deformación mecánica periódica del núcleo y de las bobinas bajo la influencia de los campos electromagnéticos fluctuantes. Durante el funcionamiento de un transformador, las vibraciones del núcleo y los bobinados se transmiten a la cuba y a su superficie y se emiten como ruido a la atmósfera exterior. Se han estudiado distintos medios de reducción del ruido aplicables a los transformadores de tracción ABB. Éstos incluyen la fijación del transformador al vehículo mediante amortiguadores que aíslan el tren de las vibraciones, utilizando núcleos de acero de veta orientada

Convertidor que actúa como freno de emergencia para Zugspitzbahn

Los ferrocarriles de montaña tienen requisitos

batería del vehículo. Después se sueltan los

El interruptor de vacío de media tensión

de seguridad muy estrictos, en particular en lo

frenos mecánicos, se activan los convertido-

(MT) y de corriente alterna AC Trac es otro

relativo a los equipos de frenado. En caso de

res y, por último, los motores empiezan a fun-

producto de la cadena de tracción ferrovia-

corte de corriente, los sistemas mecánicos de

cionar como generadores para frenar el vehí-

ria esencial para la seguridad a bordo. El

frenado deben detener el tren. Pero los frenos

culo. Para mantener este funcionamiento se

nuevo interruptor de MT se monta en el

mecánicos no están diseñados para funcionar

necesita una velocidad mínima que alimente la

techo del vehículo y se puede utilizar tanto

durante todo el descenso de la montaña.

tensión del enlace de corriente continua de los

para aplicaciones de 25 kV/50 Hz como de

Los convertidores compactos ABB de los tre-

convertidores; por tanto, hay que volver a acti-

15 kV/16,7 Hz Su principal función es pro-

nes cremallera de la Bayerische Zugspitzbahn

var los frenos mecánicos para detener el tren

teger el transformador, los convertidores y

resuelven estas emergencias con una función

cuando llega a su destino final. Los pasajeros

todos los demás componentes eléctricos

especial de control de frenado: dado que no

no se dan cuenta de que se ha producido una

frente a sobrecorrientes peligrosas como

hay tensión en la línea, el enlace de corriente

situación de emergencia, ya que el tren rueda

los cortocircuitos, muy frecuentes en el

continua se carga en primer lugar utilizando la

pendiente abajo como de costumbre.

ferrocarril.

Revista ABB 2/2008

27

Rendimiento sobre carriles

Avanzando

con menor magnetoestricción y agrupando las láminas de acero de forma distinta (técnica de colocación del núcleo o step lap). El sistema de refrigeración exterior del transformador puede ser también una fuente de ruido, y por lo tanto merece una gran atención en la etapa de diseño. Además del liderazgo tecnológico, ABB disfruta también de una clara posición de liderazgo en el mercado de los transformadores de tracción. Se han diseñado distintos tipos que se han suministrado a casi todos los integradores ferroviarios existentes y que se encuentran en cualquier parte del mundo y en todas las aplicaciones (locomotoras, alta velocidad, EMU, etc.). El nuevo tren AGV de Alstom/SNCF que en abril de 2007 batió el récord mundial de velocidad para ferrocarriles de línea a 574 km/h 3 llevaba un transformador de tracción ABB. Convertidores compactos de ABB

Los convertidores de propulsión son un enlace activo entre el transformador y los motores en el caso de redes ferroviarias de corriente alterna. No sólo entregan al motor exactamente la tensión necesaria en cada momento –aceleración, velocidad constante o desaceleración–, sino que además permiten que el coche devuelva energía a la línea durante el frenado. Otros tipos de convertidores de propulsión toman energía en corriente Cuadro 3

continua de la catenaria (para ferrocarriles, metros o tranvías de corriente continua) o utilizan la salida de un generador (en propulsión diésel-eléctrica) para alimentar y controlar los motores. ABB ha desarrollado una amplia gama de convertidores compactos BORDLINE®-CC que combinan el convertidor de propulsión y el convertidor auxiliar en un mismo dispositivo1). En un tren regional, un recinto del tamaño de un armario doméstico puede contener el convertidor de propulsión, el convertidor auxiliar, el cargador de baterías, el filtro de línea y el interruptor principal para la cabeza tractora. El diseño muy compacto y modular deja mayor espacio para el pasajero, y también es más cómodo para el servicio técnico 4 . Para ferrocarriles ligeros, ABB ha diseñado un convertidor compacto que se puede montar en el techo y bajo el suelo, una solución muy versátil que encaja en distintos tipos de coches. Presenta dos inversores de motor independientes y todos los demás componentes de un BORDLINE®-CC que se describen en el Cuadro 3 .

4

Ejemplos de convertidores compactos CC BORDLINE® para trenes regionales y vehículos de ferrocarril ligero b

a

a

Desplazamiento suave

Todos los convertidores compactos ABB BORDLINE® utilizan la plataforma industrial de control estándar AC800PEC2) de ABB, y de este modo se benefician de unas condiciones de apoyo técnico y

Características técnicas del convertidor compacto de ABB para ferrocarriles ligeros

Tensión de entrada:

desarrollo eficaces a largo plazo en términos de costes. Las simulaciones en MATLAB/Simulink se pueden traducir directamente al software de control en esta plataforma. La calidad del convertidor de propulsión tiene también una influencia directa en la comodidad del viaje. Un viajero puede distinguir fácilmente un vehículo que acelera dando tirones o frena con brusquedad porque los convertidores no controlan perfectamente los motores.

4a

b

420 – 900 V DC

2 inversores independientes de motor con la siguiente potencia de salida para cada motor: Propulsión:

166 kW

Frenado:

345 kW

Frenado de emergencia:

535 kW

Salidas auxiliares con aislamiento galvánico: 3x 230/400 V 50Hz, 35 kVA 3x 0…230/400 V, 0…50 Hz, 5 kVA 24/36/72/110 V DC, 8 kW Dimensiones y peso

3

28

1600 x 1800 x 430 mm, 550 kg

Tren Alstom de la SNCF con un transformador ABB a bordo batiendo el récord mundial de velocidad. El 3 de abril de 2007 alcanzó los 574 km/h.

Revista ABB 2/2008

Rendimiento sobre carriles

Avanzando

Continuidad del viaje al cruzar fronteras

En Europa, la tensión de la línea ferroviaria cambia en la mayoría de las fronteras entre países, a veces incluso dentro de un mismo país. Así, las redes de Finlandia, Hungría, Grecia, Portugal, parte de Francia y el Reino Unido están electrificadas a 25 kV/50 Hz, al igual Cuadro 4

Historia de ABB en el ferrocarril

ABB es un nombre bien conocido en el sector ferroviario. Aunque en 1996 ABB Sistemas de Transporte se convirtió en parte de AdTranz (una empresa conjunta con Daimler-Benz, luego vendida a Bombardier), ABB se quedó con la producción de componentes, como transformadores de tracción, convertidores y motores. Como precursor de lo que ahora se llama “Iniciativas del Segmento Industrial”, en 2005 se creó “ABB RCS” para los clientes ferroviarios de ABB. La actividad alcanzó un desarrollo considerable gracias a la implantación de un enfoque comercial centrado y coordinado en el mercado ferroviario y a la mayor colaboración entre las distintas unidades internas de ABB. En 2007, ABB obtuvo pedidos del sector ferroviario por un importe superior a los 700 millones de dólares, más del doble que cuando se creó RCS. Actualmente, ABB disfruta de una posición destacada en el mercado como proveedor independiente de componentes a la mayor parte de los integradores de sistemas de transporte y fabricantes de vehículos del mundo. La cartera de productos de ABB para material rodante incluye transformadores de tracción, convertidores, motores, interruptores de media tensión, semiconductores de potencia, filtros de sobretensiones y productos de baja tensión. En cuanto a las instalaciones fijas, suministra subestaciones de potencia completas, productos de alta y media tensión, transformadores, soluciones de calidad de la alimentación eléctrica, convertidores de frecuencia y sistemas de comunicaciones para señalización. Encontrará más información en www.abb.com/railway.

que las de muchos otros países del mundo, como China y la India3). Las líneas principales en Alemania, Suiza, Austria, Suecia y Noruega están electrificadas a 15 kV/16,7 Hz. En Polonia, Bélgica, Italia y España dominan las redes de corriente continua de 3 kV, que también se encuentran en Sudáfrica y Sudamérica, mientras que los Países Bajos y el sur de Francia están electrificados a 1,5 kV en corriente continua. Los viajes de larga distancia en Europa y los viajes regionales en redes transfronterizas dependen de la capacidad técnica de los transformadores y de los convertidores para adaptarse a las distintas tensiones de línea. En términos de comodidad de los pasajeros, es una gran ventaja poder seguir sentados, o acostados, en el caso de los trenes nocturnos, mientras el tren cruza fronteras entre distintas redes eléctricas. Esta capacidad multisistema también reduce considerablemente la duración del viaje. ABB ha desarrollado soluciones multisistema innovadoras tanto para transformadores4) como para convertidores de propulsión. Los transformadores multisistema admiten distintas tensiones y frecuencias de entrada. El convertidor frontal multisistema de ABB convierte una tensión de entrada en corriente continua a una tensión en corriente alterna para el devanado primario de un transformador multisistema de ABB. Ello permite utilizar un convertidor compacto AC BORDLINE®-CC para tensiones de entrada en corriente alterna y continua. Este convertidor se utiliza actualmente en los trenes regionales “FLIRT” TILO5), que prestan servicio en las regiones de Ticino, Suiza (15 kV en corriente alterna) y Lombardía, Italia (3 kV en corriente continua) 5 . En el pasado, el operador ferroviario TILO tenía dos tipos distintos de locomotoras, una para funcionar en Suiza y otra para Italia. Los

trenes tenían que parar siempre en la frontera entre Suiza e Italia para cambiar de locomotora. Esta maniobra llevaba mucho tiempo. Ahora, los nuevos trenes de tipo FLIRT con convertidores compactos multisistema BORDLINE® de ABB permiten cruzar la frontera sin interrupciones. Südtiroler Transport-strukturen ha encargado recientemente equipos similares para viajar entre Italia y Austria. Fiabilidad, puntualidad, disponibilidad

Por ultimo, se debe insistir en un aspecto fundamental de confort en el transporte público: la fiabilidad del servicio. La fiabilidad y disponibilidad del material eléctrico de los ferrocarriles son decisivas para el confort de los pasajeros. ABB, con su larga experiencia en el sector ferroviario Cuadro 4 , no sólo defiende su posición de liderazgo en innovación tecnológica, sino que pone un interés especial en la fiabilidad, la rapidez de asistencia técnica, un diseño robusto y un compromiso a largo plazo con los fabricantes de vehículos y con los operadores ferroviarios.

Harald Hepp Fabiana Cavalcante Productos de automatización de ABB Turgi, Suiza [email protected] [email protected] Peter Biller ABB Sécheron SA Ginebra, Suiza [email protected]

Notas a pie de página 1)

Estos convertidores se tratan con más detalle en “El convertidor compacto”, Revista ABB 3/2006, páginas 52–55.

2)

Para más información sobre el AC800PEC, véase “Patrones de diseño”, Revista ABB 2/2006, pági-

5

El Stadler FLIRT TiLo cruza las fronteras con la tecnología de tracción ABB.

nas 62–65. 3)

Casi todas las líneas de alta velocidad del mundo funcionan a 25 kV CA. En muchos países es posible que los trenes deban funcionar también con redes electrificadas de 1.500 o 3.000 V CC.

4)

Los transformadores de tracción de ABB para trenes multisistema se tratan con más detalle en “Nacido para adaptarse”, Revista ABB 3/2006, páginas 49–51.

5)

FLIRT: Flinker Leichter Innovativer Regionaler Triebzug (Tren Regional Ligero, Rápido e Innovador); TILO: Treni Regionali Ticino Lombardia, (Trenes Regionales Ticino – Lombardía), operador de los trenes regionales transfronterizos entre Italia y Suiza.

Revista ABB 2/2008

29

Thema

Avanzando

¡Sube! Un fabricante de ascensores alcanza nuevas alturas con el accionamiento para maquinaria de altas prestaciones de ABB Matti Turtiainen, Mika Alakotila

El nuevo accionamiento para maquinaria de altas prestaciones de ABB está causando sensación entre integradores de sistemas y usuarios finales en una amplia variedad de sectores y de aplicaciones exigentes. Motala Hissar, fabricante sueco de ascensores para mercados de toda Europa, es un caso paradigmático. Motala Hissar, que se enfrentaba a una dificultad técnica que otros proveedores de accionamientos no podían resolver satisfactoriamente, recibió una llamada muy oportuna de ABB. Resultado: el problema se resolvió en cuestión de horas, y Motala Hissar consiguió un producto que era “mejor, más sencillo y más competitivo” que antes. 30

Revista ABB 2/2008

¡Sube!

Avanzando

P

resentado para admiración del sector a finales de 2006 en uno de los principales eventos del programa anual de automatización, la feria comercial de SPS/IPC/accionamientos de Nuremberg, Alemania, el accionamiento para maquinaria de altas prestaciones de ABB ha dejado sentir enseguida su poderosa influencia en una amplia gama de aplicaciones de maquinaria 1 .

El accionamiento, que es el resultado de un programa de investigación y desarrollo de tres años, refuerza la gama de convertidores de frecuencia de última generación de ABB para baja potencia, al tiempo que proporciona a los fabricantes de equipo original (OEM), integradores de sistemas y clientes finales un producto poderoso y de una flexibilidad única que pueden adaptar a la medida de sus necesidades.

El nuevo accionamiento, equipado con la tecnología de control directo de par de ABB, puede controlar cualquier clase de motor en bucle abierto o cerrado. El accionamiento para maquinaria de ABB proporciona control de la velocidad, el par y el movimiento para una extensa gama de aplicaciones exigentes. Este accionamiento ya está cambiando las cosas a clientes de muchos sectores: 1

alimentario y de bebidas, manipulación de materiales, textil, artes gráficas, plásticos y carpintería de madera. Equipado con la tecnología de control directo de par de ABB, el accionamiento para maquinaria de altas prestaciones puede controlar cualquier tipo de motor, síncrono o asíncrono, servo o de par elevado, de 0,75 a 110 kW (1 a 150 CV) en bucle abierto o cerrado. Diseñado para satisfacer las necesidades de gran volumen de fabricantes y constructores de maquinaria, así como los requisitos de clientes individuales para sus aplicaciones concretas, combina las siguientes características principales en un accionamiento muy versátil y económico en término de costes: Diseño modular Unidad de memoria independiente Funcionalidad ilimitada

and-play prefabricados, el carácter abierto del accionamiento permite a los usuarios modificar y adaptar esos programas a sus necesidades particulares. La combinación de estas características tiene ventajas considerables para los fabricantes a gran escala de maquinaria en términos de ingeniería y montaje final, distribución y logística, protección de la propiedad intelectual y sustitución de componentes Cuadro 1 .

ABB ha separado las principales funciones de hardware y software en tres módulos: electrónica de potencia, electrónica de control y memoria de software.

Diseño modular

ABB ha separado las principales funciones de hardware y software en tres módulos: electrónica de potencia, electrónica de control y memoria de software. Unidad de memoria independiente

La unidad preprogramada de memoria contiene todo el software de aplicación del accionamiento y las configuraciones de parámetros en un módulo fácil de reemplazar y de instalar. Funcionalidad ilimitada

Aunque para la mayoría de las aplicaciones de maquinaria de altas prestaciones hay programas de soluciones plug-

Accionamientos para maquinaria de altas prestaciones de ABB

Los módulos de hardware (las unidades de electrónica de potencia y de control) se pueden entregar al cliente final según los programas normales de distribución, mientras que la entrega de la memoria se puede posponer hasta el último momento. No es necesario incurrir en costes de desplazamiento de ingenieros de puesta en marcha, ya que un técnico local con formación básica en accionamientos puede conectar fácilmente la unidad de memoria. El número de componentes y variantes del producto es mínimo, y los derechos de propiedad intelectual para los OEM que desarrollan sus propias funciones de control están

Cuadro 1

Características del accionamiento

Diseño modular compacto: 3 módulos independientes para electrónica de potencia, electrónica de control y memoria. Control de la velocidad, el par y el movimiento. Unidad de memoria independiente para control de velocidad, par y movimiento, de instalación sencilla plug-and-play. Memoria programable con funcionalidad ilimitada. Programas prefabricados para la mayor parte de las aplicaciones de maquinaria. Controla todo tipo de motores, desde 0,75 hasta 110 kW (1 a 150 CV). Control en bucle abierto o cerrado. Varias opciones conectables para ampliaciones de entrada/salida, interfaces de retroalimentación para el motor y comunicaciones.

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31

¡Sube!

Avanzando

protegidos por codificación. Si la unidad de memoria o uno de los módulos de hardware dejan de funcionar, basta con retirarlo y sustituirlo por otro.

2

3

Gracias a sus dimensiones extraordinariamente reducidas, el Motala 6000 se instala con frecuencia en el hueco de una escalera antigua.

Esquema del Motala 6000 que muestra en amarillo el sistema de accionamiento por correa y el motor en la parte superior del hueco

Supera las expectativas

Una de las muchas aplicaciones para maquinaria en las que el accionamiento ABB ha ejercido una influencia considerable ha sido la de los ascensores. Una empresa que eligió este accionamiento y ha obtenido más ventajas de las previstas es Motala Hissar, una fábrica sueca de ascensores. Motala Hissar, que forma parte de Kone Corporation, uno de los principales fabricantes de ascensores del mundo, construye dos productos especializados: la plataforma elevadora Motala 2000 para personas inmovilizadas y con discapacidades físicas y el ascensor compacto Motala 3000 para edificios ya construidos que no tienen este servicio. La empresa vende alrededor de un millar de ascensores al año en mercados de toda Europa. Tiene alrededor de 60 empleados y unos ingresos anuales de aproximadamente 22 millones de dólares estadounidenses (140 millones de coronas suecas). Motala Hissar se diferencia de sus competidores con el eslogan “El más grande por dentro y el más pequeño por fuera”. Sus cabinas de ascensor tienen las dimensiones internas más grandes y las externas más pequeñas del mercado, atributos que se consiguen gracias a una tecnología de cadena guiada que la compañía desarrolló y patentó en el decenio de 1990 y que necesita un espacio mínimo para subir y bajar el ascensor 2 .

“El accionamiento de ABB nos ha ayudado a simplificar el producto. El Motala 6000 es más fácil de montar, de mantener y de inspeccionar. Ha reducido nuestros costes de explotación y los de nuestros clientes.” Ari Nieminen, director de fábrica, Motala Hissar. Como parte de su programa de investigación y desarrollo relacionado con el producto, Motala Hissar ha rediseñado recientemente su tecnología para un nuevo ascensor, el Motala 6000, sustitu32

yendo la cadena guiada por un exclusivo sistema de correa que permite al ascensor duplicar la velocidad de su competidor más cercano con menos ruido y más comodidad 3 . La demanda de los clientes ha sido tan grande que se han vendido más de 30 unidades antes de su presentación oficial. El accionamiento para maquinaria de altas prestaciones de ABB ha contribuido en gran medida al éxito del ascensor y de la tecnología en que se basa. Ari Nieminen, director de la fábrica de Motala Hissar, en la región central de Suecia, explica por qué: “Nos estábamos acercando a la fecha de presentación prevista, pero teníamos un problema técnico que no sabíamos cómo resolver”, explica el Sr. Nieminen. “Como el ascensor se había diseñado sin contrapeso para ahorrar espacio, daba tirones antes de arrancar. Nos pusimos en contacto con varios proveedores de accionamientos para que buscaran una solución que evitara los tirones sin utilizar un codificador, pero ninguno de ellos pudo resolver satisfactoriamente el problema. Entonces llegó ABB con su nuevo accionamiento para maquinaria de altas prestaciones y un equipo de expertos para trabajar en el problema. En unas pocas horas no sólo teníamos una solución, sino también un producto mejor, más sencillo y más competitivo.” Lo fundamental del accionamiento de altas prestaciones de ABB, es la notable repuesta de par y la precisión de velocidad de la tecnología de Control Directo de Par (DTC) de ABB. Esto, junto a la posibilidad de programar el accionamiento con funciones ilimitadas, determina una capacidad que ningún otro fabricante de accionamientos ha podido igualar. El DTC no sólo proporciona un control de precisión en bucle abierto a baja velocidad o parado, lo que garantiza la necesaria suavidad de arranque del ascensor, sino que además lo consigue sin codificador ni retroalimentación de ninguna clase. (Los accionamientos de la competencia necesitaban un codificador para conseguir un arranque suave, pero no funcionaban con control de bucle abierto.) En segundo lugar, el accionamiento está programado para calcular el peso combinado de los ocupantes de la cabina, y Revista ABB 2/2008

¡Sube!

Avanzando

“Hemos medido los niveles de ruido de diferentes marcas de accionamientos, y el de ABB fue el más silencioso”, según el Sr. Nieminen. “Y lo que es más importante: nuestros clientes están encantados con el nuevo ascensor, al igual que los pasajeros, según nuestras encuestas”. El movimiento es rápido, silencioso y suave. No hay vibraciones ni tirones ni en el arranque ni en la parada. Todo ello contribuye a aumentar la comodidad del pasajero.” Cuadro 2

así determina el par que debe aplicar para elevar el ascensor sin dar tirones en esos importantísimos primeros milímetros de movimiento. Cuantas más personas haya en la cabina, tanto mayor será el par necesario. Ésta es una importante innovación en el sector de los ascensores conseguida gracias a la posibilidad de programar el accionamiento de ABB con funciones a la medida. Además, el accionamiento lleva a cabo esta operación sin necesidad de ningún sensor de carga, que supondría un coste añadido. En tercer lugar, Motala Hissar aprovechó esta función de detección de carga para desarrollar una segunda característica que diferencia el Motala 6000 de sus competidores. Los ascensores están sujetos a normas de seguridad muy estrictas. En casi todos los países se someten a una serie de pruebas realizadas por inspectores independientes al menos una vez al año. En España, uno de los principales mercados del cliente, se inspeccionan una vez al mes. La inspección incluye la carga del ascensor con grandes pesos para garantizar que puede funcionar de forma segura a la carga máxima. Éste es un procedimiento costoso y que lleva tiempo. Motala Hissar ha resuelto el problema programando el accionamiento de ABB para simular la prueba, sin utilizar sensor de carga, de forma aceptable para los organismos reguladores. Gracias a esta innovación, los clientes de Motala Hissar ahorran mucho tiempo y mucho dinero.

“Hemos medido los niveles de ruido de diferentes marcas de accionamientos, y el de ABB fue el más silencioso.” Ari Nieminen, director de fábrica, Motala Hissar. “El accionamiento de ABB nos ha ayudado a simplificar el producto”, manifiesta el Sr. Nieminen. “El Motala 6000 es más fácil de montar, de mantener y de Revista ABB 2/2008

inspeccionar. Ha reducido nuestros costes de explotación y los de nuestros clientes, y tenemos un ascensor que duplica la velocidad de nuestro modelo anterior. Éstos son motivos importantes de compra para nuestros clientes.” El ruido es menor que en el modelo anterior gracias a la combinación de la tecnología de tracción por correa y el accionamiento de altas prestaciones. Cuadro 2

Ventajas para Motala Hissar

Par máximo a motor parado para: Arranque suave del ascensor. Mayor comodidad del pasajero. Función exclusiva de detección del peso. Solución en bucle abierto (sin codificadores). Potencial ilimitado para funciones futuras. Ahorros de costas anuales gracias a: Ausencia de dispositivos de retroalimentación. Ausencia de células de carga. Ventajas para los clientes: Velocidad doble. Pruebas de carga más fáciles. Menos componentes y menor desgaste mecánico. Menor mantenimiento.

Para reducir los niveles de ruido aún más, Motala Hissar está evaluando los motores de freno de ABB y considerando la posibilidad de utilizar interruptores de circuito y contactores de ABB. ABB suministra a fabricantes de ascensores y escaleras mecánicas de todo el mundo una completa gama de productos y sistemas de fuerza y automatización. El accionamiento para maquinaria de altas prestaciones de ABB permite a los fabricantes personalizar su interfaz (con o sin ayuda de ABB) y controlar cualquier clase de motor o, en caso necesario, conectar con cualquier dispositivo de retroalimentación o bus de campo. Si el accionamiento falla, un operario del edificio con conocimientos básicos de electricidad lo puede sustituir fácilmente, ya que todos los datos de la aplicación están en la unidad de memoria. ABB presta asistencia a sus clientes de accionamientos con sus propias unidades de servicio técnico y con la extensa red mundial ABB Drives Alliance. Los clientes OEM pueden acceder a acuerdos especiales de asistencia, sea cual sea la región en la que se encuentren.

Matti Turtiainen Accionamientos de ABB Helsinki, Finlandia [email protected] Mika Alakotila Productos de automatización de ABB Mölndal, Suecia [email protected]

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Avanzando

Un operario suave Grúas con cerebro que hacen la vida más cómoda a todo el mundo Mikael Holmberg

Un sistema de grúa de hace 20 años puede parecer relativamente moderno, pero en este periodo la tecnología ha avanzado tanto que es posible conseguir mejoras en la precisión de la posición, menos necesidades de mantenimiento y una mayor fiabilidad. Si bien estas mejoras en la productividad suponen en sí un atractivo del sistema, no son los factores que impulsan a comprar un sistema de grúa. Para el comité ejecutivo de una empresa, la principal preocupación es la salud y la seguridad. En la actualidad hay muchos sistemas de grúa obsoletos por todo el mundo, algo que puede poner en peligro la seguridad de los que las manejan y del personal de fábrica. Puesto que un objetivo indiscutible es alcanzar la cifra de accidentes “cero”, un sistema moderno de control de grúa tiene que incluir todas aquellas funciones que permitan alcanzar fácilmente tal objetivo. ABB puede ayudar a conseguirlo. La empresa goza de un reconocido prestigio en el diseño y el desarrollo de productos de la máxima calidad para las aplicaciones de grúa. La combinación de accionadores industriales de ABB y de un programa de control de grúas, de reciente desarrollo, está concebida para satisfacer las demandas de seguridad y las prestaciones que se exigen a un sistema de control de grúas. Con esta combinación, el cliente dispone de un sistema que reacciona mucho mejor que los anteriores.

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Revista ABB 2/2008

Un operario suave

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L

a frase “tratar de agradar a todo el mundo todo el tiempo” es una dura exigencia para cualquier empresa. Pero es precisamente lo que los ingenieros de ABB tuvieron que considerar cuando diseñaron la versión más reciente del software específico de grúas para su gama de accionadores industriales 1 . Al diseñar un sistema de grúa, hay que satisfacer las demandas de cinco tipos de clientes: el consejo de administración, el departamento de ingeniería eléctrica, el departamento de mantenimiento, el operario de la grúa y, por último, el personal de planta. Lo que todos ellos piden a un sistema de control es “confort”, si bien cada uno tiene una visión distinta de este concepto, con pocas posibilidades de negociación.

Uno de los atractivos de los accionadores industriales de ABB es el comportamiento de su plataforma de control, que se conoce como Direct Torque Control (DTC), es decir, “control directo del par”. Confort para el consejo de administración

En la actualidad hay muchos sistemas de grúa obsoletos por todo el mundo. Dado que para la mayoría de las empresas su prioridad está en los aspectos de salud y seguridad, así como en la necesidad de cumplir las disposiciones legales, es necesario un sistema de control de grúa que pueda dirigir con precisión el movimiento del elevador sin poner en peligro las vidas del operario de la grúa y de otras personas de la planta. Esto supone que el sistema debe poder ocuparse de los movimientos involuntarios. En otras palabras, independientemente de que el gancho esté vacío o cargado, el sistema de control debe poder regular la velocidad y el par para responder a los límites máximo y mínimo de la velocidad. Sin embargo, reacondicionar una grúa de izado de gran tamaño puede costar decenas de miles de dólares y puede ser difícil, si no imposible, establecer la rentabilidad de una inversión basándose sólo en consideraciones de mejora de la productividad. Revista ABB 2/2008

Por lo tanto, es imperativo saber elegir la empresa adecuada. La experiencia y el conocimiento tecnológico son esenciales si hay que alcanzar los objetivos deseados, y ABB posee ambas cosas en abundancia. ABB tiene un prestigio reconocido por su experiencia en el diseño y desarrollo de productos para aplicaciones de grúas empleando la mejor tecnología, lo que incluye accionadores de régimen variable y el software correspondiente. Confort para el departamento eléctrico

Situado entre las expectativas del operario de la grúa y las del consejo de administración, el departamento de ingeniería eléctrica es el que, sin duda, se enfrenta a la mayoría de las demandas. No sólo debe ocuparse de la salud y la seguridad de la fábrica, sino que también tiene la misión de hacer máxima la productividad. Al emplear una solución que combina un accionador industrial de ABB con el programa de control de grúa, desarrollado recientemente, el departamento eléctrico puede satisfacer fácilmente las demandas, tanto las relativas a la seguridad como a las prestaciones.

considera el tipo de motor que se va a emplear para levantar las cargas. En el accionamiento de grúas industriales se han empleado bastante los motores de anillo deslizante de CA para trabajos, disponibles con intensidades de hasta 4.000 A. Si bien son eficaces para trabajos duros, estos motores no ofrecen la versatilidad en velocidad y par1) que presentan los motores estándar de inducción en jaula de ardilla, más modernos 2 . Cuando se emplean con un accionador de régimen variable de CA de baja tensión, estos motores de inducción proporciona un control preciso y suave, lo que a su vez evita movimientos erráticos de la carga. Un accionador de velocidad variable, como el accionador industrial de ABB, proporciona una buena respuesta de par, lo que es vital para el control de la carga 3 . Control directo del par

Uno de los atractivos de los accionadores industriales de ABB es el comportamiento de su plataforma de control del motor, que se conoce como Direct Torque Control (DTC), y sus funciones inNota a pie de página

Cómo transformar lo viejo en nuevo

La modernización de las antiguas instalaciones de grúas comienza cuando se 1

1)

Si no se controla el par de una carga suspendida, la carga se balanceará, lo que puede causar daños por impactos incontrolados.

ABB tiene un prestigio reconocido por su experiencia en el diseño y desarrollo de productos para grúas.

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Los ingenieros eléctricos están aprovechando las ventajas que supone la versatilidad de par y régimen de los motores normales de inducción para aplicaciones de grúas.

herentes de seguridad y protección. El DTC permite un control de precisión de la velocidad y del par, con retroalimentación (o sin ella) por parte del codificador de impulsos del eje del motor. Una ventaja importante del DTC es que se puede disponer de todo el par con velocidad nula, sin ningún dispositivo de retroalimentación. Controla el par con una precisión del uno por ciento desde velocidad nula por medio de la velocidad de base sin realimentación procedente del codificador2). El DTC es adecuado especialmente para su empleo en los sistemas de control de grúa, ya que está diseñado para aplicaciones con par constante. Una aplicación típica de par constante es aquélla en la que la carga está suspendida y el par permanece siempre constante, desde una velocidad cero hasta la máxima velocidad, y viceversa. Cuando baja la carga, el accionador debe disipar energía constantemente. Se precisa un accionador de cuatro cuadrantes para garantizar que, a medida que se baja una carga de 300 toneladas, se puede devolver la energía a la red. Programa de control de grúa

Para potenciar aún más la seguridad y las prestaciones, ABB ha presentado recientemente su programa de control de grúa como un complemento de software opcional de fácil uso, para sus accionadores industriales. Algunos clientes llaman ahora a este programa “el cerebro del sistema”. Al tiempo que se elimina la necesidad de un control lógico programable (PLC) 36

3

Los accionamientos industriales ABB proporcionan una buena respuesta de par, vital en el control de la carga en acerías y otros entornos hostiles.

exterior, este software flexible y con buena relación entre coste y eficacia incorpora todas las funciones que se suelen exigir para izado, traslado y movimientos de largo recorrido en puertos industriales y torres-grúa. Se utilizaría normalmente un PLC dentro del sistema de control principal a fin de comprobar la selección del freno y la velocidad del motor. Sin embargo, el accionador industrial de ABB dispone de una función PLC incorporada, lo que elimina por tanto retardos o riesgos de tiempos perdidos o errores de comunicación. Para los ingenieros eléctricos, el programa de control de grúa de ABB es muy fácil de poner en funcionamiento, lo que ayuda a mantener el control de los costes totales del proyecto. Se pueden sincronizar varios accionadores mediante un enlace óptico interno, reduciendo de esa forma la necesidad de controladores independientes. Confort para el departamento de mantenimiento

En ciertos sectores, los tiempos de inmovilización pueden suponer hasta 1.000 euros por minuto. Por lo tanto, es crucial reducir los costes de mantenimiento y encontrar soluciones muy fiables. El programa de control de grúa admite mando y diagnósticos a distancia gracias a un módulo inteligente de comunicación por Ethernet que permite el acceso al accionador a través de Internet. Sin embargo, para el departamento de mantenimiento la mayor ventaja de una solución con un accionador de velocidad variable es la reducción de costes totales de mantenimiento gracias

a un menor desgaste mecánico y a menos roturas. Cuando se instalan los accionadores en las grúas, se reduce mucho el desgaste mecánico debido principalmente a la condición de un arranque suave3). ABB ha realizado también importantes inversiones en la investigación y el desarrollo de paneles de control que faciliten en lo posible la interfaz de usuario. Para los ingenieros de mantenimiento, esto se pone de manifiesto a través del panel de control, que presenta avisos y estados de fallo en un lenguaje claro, de forma que se pueden adoptar medidas inmediatas 4 . Confort en la cabina

Para el operario de la grúa, la ergonomía de la cabina tiene una importancia capital. Por supuesto, cuando hay que sentarse en un sitio, a menudo durante largos periodos, es preciso que un diseño nuevo incluya: asientos cómodos y correctos desde el punto de vista ergonómico para el operario, ventanillas practicables fáciles de limpiar, aire acondicionado, sistemas neumáticos o eléctricos de lavado y limpieza, y control de Notas a pie de página 2)

Sin embargo, para mayor seguridad en los accionadores de izado se puede utilizar un codificador en el eje del motor que mida la posición real de la grúa en vez de confiar absolutamente en el modelo del motor.

3)

Los arrancadores suaves proporcionan unas operaciones de puesta en marcha y parada suaves y controladas. Se utilizan para evitar arrancadas bruscas y con sacudidas del motor, intensidades y pares altos en el arranque y picos de intensidades y pares altos.

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Un operario suave

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temperatura de la cabina. La seguridad, la ergonomía y la comodidad son esenciales para garantizar un rendimiento óptimo del operario de la grúa, y todo ello se logra con: La palanca de mando Los frenos La memoria del par Un sistema anticolisión Palanca de mando

La interfaz con el sistema de control de la grúa se realiza principalmente a través de una palanca de mando que es el alma del operario de una grúa. La palanca debe ser capaz de responder con rapidez, precisa y cómoda de usar. ABB suministra distintos tipos de palanca de mando; un ejemplo es la palanca de potenciómetro con cuatro escalones, que incorpora control por pulsador, por radio y control independiente. Desde el momento en que se pone en funcionamiento, el operario siente que el sistema le proporciona una respuesta inmediata. En otras palabras, cuando la palanca recibe una indicación de velocidad, debe mover inmediatamente el gancho de la grúa4). ABB calcula que el retardo máximo admisible antes de que un operario se sienta descontento de la máquina es de 300 ms. Los frenos

El operario debe confiar también en los movimientos de la grúa que está dirigiendo. Por ejemplo, cuando comienza el izado, disponer de frenos es una obligación, no una opción. Se emplea un freno mecánico para mantener la carga firmemente en su sitio. Cuando el accionador pone en marcha el motor, es preciso tener cuidado al ordenar la liberación del freno. Si se suelta demasiado pronto, la carga caerá sin control. Por lo tanto, es esencial conseguir un par máximo con velocidad cero, una misión que corresponde al DTC. El programa de control de grúa de ABB ayuda esta operación con una función llamada memoria de par.

un sistema que garantiza que el gancho no va a caer durante la secuencia de la puesta en marcha. Más concretamente, la lógica integrada de control del freno emplea la memoria de par y la premagnetización para abrir y cerrar el freno mecánico de forma segura y fiable. El freno mecánico se aplica mediante un muelle y se suelta eléctricamente cuando el sistema de accionamiento se ha puesto en marcha y se aplica par al eje del motor. El software puede incluir distintos métodos para el par de arranque, e incluye asimismo una función de vigilancia del freno para las secuencias de arranque, parada o marcha. Además, se requiere una velocidad baja al principio de la operación de izado. Cuando se pone en marcha el motor, se dispone de todo el par y esto debe controlarse a baja velocidad. Para asegurar un movimiento preciso de la carga, se abre el freno y se aumenta la velocidad. El programa de control de grúa de ABB dispone también de una función de marcha prolongada. Cuando se para la grúa, persiste el flujo en el motor (durante un tiempo que es ajustable). Si no se interrumpe este flujo (por medio del frenado), el tiempo necesario para completar el siguiente arranque de la grúa disminuye considerablemente, ya que no se precisa premagnetización. Otras funciones del programa de control de grúa incluyen la posibilidad de com4

probar la posición (abierto/cerrado) de un freno mecánico. Por ejemplo, cuando falla la alimentación de red, o no está disponible, o saltan los fusibles, el freno debe cerrarse. En otras palabras: el freno debe funcionar eficazmente sin tensión. Además, el accionador industrial de ABB incorpora unas buenas medidas de seguridad para alertar al conductor de la grúa. Por ejemplo, si fuera problemática la apertura o el cierre mecánico de un freno, un pequeño interruptor de proximidad indicará la posición del freno. El operario recibe un aviso y tiene tiempo suficiente para reaccionar de forma segura haciendo bajar la carga al suelo. Cuando se para la grúa se presentan otros problemas similares. Si se cierra el freno demasiado pronto, la carga da un salto. Por lo tanto, es esencial reducir la velocidad de forma gradual y suave, al tiempo que se aplica todo el par, y cerrar después el freno. Una vez que se ha aplicado el freno, se puede cortar el flujo en la máquina. El sistema de grúa efectuará automáticamente una comprobación funcional antes de admitir ninguna demanda. Se efectúan comprobaciones de todas las funciones eléctricas para garantizar que se encuentran en buen estado, como también se hace con el freno mecánico, para cerciorarse de que funciona sin resbalar.

La sencilla interfaz de usuario del panel de control de los accionamientos permite a los técnicos de mantenimiento responder rápidamente a alarmas o cambios en su comportamiento.

La memoria de par

La función de memoria de par ayuda a proporcionar un control seguro y fiable del freno mecánico que forma parte de Nota a pie de página 4)

Esto se consigue por medio de una alimentación exterior a 24 V de CC a los paneles del software.

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Un operario suave

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Sistema anticolisión

Para evitar colisiones, las grúas están provistas de un sistema anticolisión que limita las velocidades al final del recorrido. La prevención de colisiones se controla mediante láser; cuando el accionador se aproxima a las posiciones extremas, la velocidad disminuye, haciéndose nula en caso necesario. Unos sensores de límite alto y bajo detienen el accionador en esas posiciones finales. La función de control de seguridad “ralentización” limita la velocidad hasta un valor predeterminado para las zonas críticas. En situaciones de emergencia se emplea una función de control de seguridad de “parada rápida”. Una función de vigilancia de la velocidad asegura que el régimen del motor de la grúa se mantiene dentro de límites seguros. Una función de equiparación

5

de velocidades compara continuamente una velocidad de referencia y la velocidad real del eje del motor, detectando cualquier diferencia. Una de dichas funciones detendrá inmediatamente el motor en caso de producirse un fallo. Satisfacción del operario

A veces, la instalación de un nuevo sistema puede convertirse en un juego psicológico entre el diseñador de la grúa y el operario. En muchos casos, un operario puede haber adaptado su técnica para compensar cualquier deficiencia de un sistema de grúa que presente deficiencias de precisión y sensibilidad. La introducción de un sistema nuevo y muy sensible (incluso con pulsadores y palancas de mando con los que ya esté familiarizado el operario) suele dejarle descontento.

Los operarios de las grúas y el personal de planta perciben fácilmente las ventajas de una combinación de accionamiento, motor y software de ABB.

Existen dos procedimientos para abordar este problema. El primero implica la formación del operario en una grúa equipada con un accionador ABB. El segundo, quizá el más recomendable, es cambiar toda la cabina. En esencia, un sistema de control nuevo modifica las sensaciones del operario en la grúa, dándole la impresión de que está trabajando en una grúa distinta o incluso “nueva”. Con toda probabilidad, una cabina nueva acelerará el proceso de adaptación del operario. Según un cliente, este procedimiento “puede ser más importante que los accionadores. Puesto que el operario de la grúa pierde sus referencias y tiene que acostumbrarse a un nuevo sistema de control, puede ser conveniente cambiar la apariencia física y la sensación que produce la cabina. Si no, opinará que la grúa no trabaja bien, cuando en realidad lo hace mucho mejor”. Confort en la planta

Con unos tambores de gran diámetro que pesan varios cientos de toneladas, colgados y moviéndose por encima del suelo de la planta, hay que garantizar a la gente que la carga no va a caerse o balancearse violentamente. Esta garantía la ofrece el empleo de accionadores de velocidad variable que controlan el motor con precisión. El resultado es que ahora las cargas pueden alinear planchas con precisión formando bloques 5 . Con cada reforma de grúa, ABB se compromete a proporcionar un sistema que reaccione mejor que el anterior. Aunque se adoptan medidas antes y después de cada reforma, a menudo no son necesarias, ya que las mejoras hablan por sí mismas. ¡Quizá, después de todo, es posible agradar a todo el mundo, todo el tiempo!

Mikael Holmberg Accionamientos de ABB Helsinki, Finland [email protected]

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Meteorología y tiempo libre

Pendientes del tiempo Mejores previsiones meteorológicas para aumentar la seguridad y el confort Louis Moreau, Marc-André Soucy

Pronósticos del tiempo: los vemos en la televisión y los buscamos en la prensa. Los escuchamos en la radio y los consultamos en Internet e incluso en las consolas de videojuegos. La previsión meteorológica es un factor importante para preparar una excursión al campo o una jornada de esquí, para decidir la ropa que se debe llevar o para garantizar un tema de conversación intrascendente. Los agricultores se basan en los pronósticos del tiempo para planificar su horario de trabajo. Los pescadores y marineros utilizan los mapas del tiempo para evitar las marejadas y los vientos fuertes que puedan poner en peligro a la tripulación. El sector de la aviación depende de las previsiones meteorológicas para decidir el momento de publicar procedimientos de deshielo, organizar el tráfico aéreo a fin de optimizar el consumo de combustible de las aeronaves y sortear peligros relacionados con las condiciones ambientales. Las empresas de distribución de electricidad se basan en las predicciones del tiempo para prever la demanda de electricidad para el aire acondicionado o la calefacción. La predicción exacta del recorrido de un huracán puede ayudar a salvar vidas. Hay numerosas razones por las que sentimos la necesidad de saber el tiempo que va a hacer en los próximos días u horas.

Foto: cortesía de NPOESS IPO

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Pendientes del tiempo

Meteorología y tiempo libre

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ara emitir pronósticos del tiempo locales a los usuarios finales, las agencias meteorológicas necesitan información sobre los patrones climatológicos en zonas extensas del planeta. En consecuencia, es necesario realizar mediciones en tiempo real de la temperatura, la presión, la humedad, la velocidad y la dirección del viento, la visibilidad y la formación de nubes. Varios parámetros exigen no sólo datos relativos a las condiciones reinantes en la superficie terrestre, sino también mediciones de las condiciones en distintas altitudes. Los datos meteorológicos los obtienen observadores profesionales o estaciones meteorológicas en lugares fijos situados en tierra firme o en boyas marinas. Algunas de estas estaciones –unas 800 en todo el mundo– utilizan también globos con radiosondas para recoger datos meteorológicos desde el nivel de la superficie terrestre hasta una altura de 30 km. Cada estación suele lanzar normalmente dos globos sonda al día. Los datos meteorológicos los proporcionan también los aviones comerciales y algunos buques. La información obtenida de los satélites está también muy generalizada. Las imágenes obtenidas del espacio son muy útiles en la observación de los patrones de formación de nubes sobre la Tierra y para determinar el movimiento de las masas de aire a escala planetaria. Los

instrumentos que llevan los satélites se utilizan asimismo para calcular la temperatura de la superficie, la humedad, la altura de las nubes, la concentración de determinadas sustancias químicas, etc. En la previsión meteorológica se emplean dos tipos de satélites. Algunos instrumentos se colocan en satélites geosincrónicos, que describen una órbita situada a unos 36.000 kilómetros de altitud a la misma velocidad de rotación que la Tierra, de modo que el satélite permanece fijo con respecto a ella. De este modo, los instrumentos pueden controlar constantemente una zona amplia del planeta. Otros instrumentos, colocados en satélites que se encuentran a menor altitud (que giran en torno a la Tierra mucho más deprisa), sirven para recopilar datos con una resolución espacial mucho más precisa, pero no constantemente (lo habitual es que lo hagan dos veces al día y sobre todos los puntos del planeta). Por regla general, la información meteorológica recogida de los actuales satélites es menos precisa, más aproximada que los datos que se obtienen de las estaciones meteorológicas, pero aquéllos ofrecen datos de casi todo el planeta. La mayoría de los países comparten de manera gratuita la información meteorológica que recogen. Todos estos datos son después procesados por las agencias e introducidos en plantillas normalizadas para determinar los patrones

climatológicos reales en un momento dado en la Tierra. Es necesario interpolar los parámetros cruciales para compensar la poca densidad de las mediciones obtenidas en algunas zonas del planeta. La mejor estimación del patrón meteorológico actual en un momento determinado se denomina análisis meteorológico. No debe confundirse con el pronóstico: cuando el análisis se termina, el tiempo ya ha cambiado. Los análisis meteorológicos los usan los meteorólogos para elaborar modelos numéricos de predicción del tiempo. Se trata de modelos matemáticos que se realizan en computadores muy potentes. Los modelos extrapolan al futuro el modelo actual del tiempo para poder hacer previsiones de las condiciones meteorológicas con una antelación de horas o días.

Los instrumentos del presente y del futuro que fabrica ABB ayudarán a comprender mejor la atmósfera de nuestro planeta y los complejos procesos químicos y dinámicos que se desarrollan sobre nuestras cabezas. La predicción del tiempo no es una tarea sencilla. La atmósfera es un complejo sistema termodinámico, y las condiciones atmosféricas varían con mucha rapidez. La exactitud de la predicción está limitada por la exactitud de los análisis meteorológicos utilizados, y éstos están limitados por la calidad y la cantidad de los datos meteorológicos recopilados. En un plazo de tres días, la exactitud media típica de una predicción está entre el 60 % y el 80 % Para predicciones más alejadas en el tiempo, la exactitud se reduce. Los modelos meteorológicos pronostican también las condiciones medias en áreas extensas (típicamente de más de 1.500 km2). No cabe duda de que el tiempo en la realidad no es uniforme en toda la zona de predicción, y aquí reside otra fuente de error. En ocasiones, los resultados de los modelos de predicción numéricos los retocan y ajustan manualmente meteorólogos experimentados para que las prediccio-

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Revista ABB 2/2008

Pendientes del tiempo

Meteorología y tiempo libre

nes representen las últimas mediciones locales o características locales no incluidas en los modelos. He aquí una de las razones por las que las predicciones pueden variar entre distintas fuentes de una misma región.

1

Los interferómetros CrIS formarán parte del equipamiento de los nuevos satélites meteorológicos de los Estados Unidos.

ABB ofrece ahora un producto que se añade al conjunto de instrumentos utilizados para recopilar datos meteorológicos. Este instrumento, llamado AERI (siglas en inglés de “interferómetro de emisión de radiancia atmosférica”), es un espectrómetro de infrarrojos (IR TF). Los instrumentos AERI se colocan en el suelo y se utilizan para observar la atmósfera que hay sobre ellos. Miden la radiación infrarroja procedente de la atmósfera. Las mediciones se usan para calcular los perfiles verticales de temperatura y humedad en las capas bajas de la atmósfera (hasta unos 5 km). Los instrumentos AERI son totalmente automáticos; transmiten los datos por radio a una estación que los recoge cada diez minutos. Se desarrollaron en colaboración con la Universidad de Wisconsin, en los Estados Unidos, durante la pasada década y ahora empiezan a comercializarse. Se han instalado también varias unidades con fines de investigación. Aunque el instrumento AERI no puede medir a la altitud que alcanzan los globos sonda, ofrece datos continuamente, de día o de noche, y puede instalarse en estaciones meteorológicas automatizadas que no tengan capacidad para lanzar globos sonda [1]. Satélites

ABB participa asimismo en el diseño y la fabricación de instrumentos para equipar a la próxima generación de satélites meteorológicos. En 2005, ABB entregó la primera unidad de una serie de interferómetros. Estos aparatos son el núcleo de la nueva sonda atmosférica que llevarán los nuevos satélites meteorológicos de los Estados Unidos. La sonda, llamada CrIS (siglas en inglés de “sonda de infrarrojo de trayectoria transversal”)1), realizará mediciones que servirán para extraer perfiles verticales de temperatura, presión, humedad y ciertas sustancias químicas de la troposfera en casi la totalidad del globo 1 . ABB ofrece Revista ABB 2/2008

asimismo el equipo de a bordo que se usará para calibrar el instrumento durante sus operaciones diarias en el espacio, y ha desarrollado las ecuaciones matemáticas que se emplearán para calibrar los datos de la CrIS. En comparación con las tecnologías actuales, la CrIS ofrecerá más información y conseguirá unos niveles mayores de precisión. En general, este aparato mejorará la calidad de los datos obtenidos del espacio que se emplean en los modelos para la previsión del tiempo [2]. Cuando se lancen estos nuevos satélites, dentro de unos años, está previsto que las previsiones del tiempo sean más exactas. ABB realiza en la actualidad una investigación con socios europeos y estadounidenses para estudiar el modo de instalar tecnologías de ABB en la próxima generación de satélites meteorológicos geosincrónicos. Una vez en funcionamiento, estos instrumentos mejorarán la calidad y la cantidad de la información sobre el tiempo actual. Los consiguientes análisis meteorológicos serán más representativos del tiempo. Los pronósticos realizados con los modelos de predicción numéricos serán, por tanto, más precisos. Además de emitir pronósticos del tiempo, varias agencias meteorológicas realizan también investigaciones para mejorar las previsiones o estudiar fenómenos meteorológicos peculiares. Varias agencias recopilan también datos sobre la calidad del aire, la contaminación y otros parámetros que no se usan necesariamente en las predicciones meteorológi-

cas. Lo pueden hacer periódicamente o tras un fenómeno anómalo como un incendio en una planta química.

Por ejemplo, la Agencia de Protección Medioambiental de los Estados Unidos utiliza un avión que lleva un espectrómetro fabricado por ABB. Este instrumento sirve para medir la concentración de diversos productos químicos en la atmósfera. El avión forma parte de un programa denominado ASPECT (siglas en inglés de “tecnología de recogida ambiental fotométrica espectral de partículas en el aire”). Es un sistema de respuesta ante emergencias activo en todo momento y capaz de representar la distribución de sustancias químicas peligrosas en el aire. Este instrumento se ha desplegado más de 60 veces desde 2001 para averiguar la concentración y la distribución de sustancias químicas potencialmente peligrosas después de algún acontecimiento, como la destrucción del transbordador espacial Columbia en 2003, los incendios forestales de California o el incendio de una fábrica de metacrilato al sur de Texas en 2005, o para conocer las consecuencias de los huracanes Katrina y Rita en 2005 [3]. Los datos recopilados se usan para realizar estudios de impacto medioambiental, recomendaciones de evacuación, etc. La agencia de meteorología del Reino Unido cuenta también con un instrumento de ABB. El dispositivo, llamado ARIES, se fabricó en 1996 y hace poco que se ha actualizado el modelo. Es un instrumento implantado debajo del ala del avión BAE 146-301 para realizar mediciones in situ de los componentes químicos con fines de investigación atmosférica. Desde 1996, este instrumento ha participado en más de 20 campañas de medición sobre el terreno destinadas Nota a pie de página 1)

La sonda CrIS sustituirá a la sonda de radiación infrarroja de alta resolución en la próxima generación del NPOESS (siglas en inglés de “sistema nacional de satélites medioambientales de órbita polar”) de los Estados Unidos. La CrIS ofrecerá mejores mediciones de los perfiles de temperatura y humedad atmosféricas, desde una altitud próxima a los 850 km. Para más información, visite el sitio http://www.ipo.noaa.gov/.

41

Pendientes del tiempo

Meteorología y tiempo libre

El satélite SciSat, de la agencia espacial canadiense, dispone del ACE-FTS (Experimento químico atmosférico – Espectrómetro con transformada de Fourier de ABB).

2

a aumentar los conocimientos sobre la atmósfera [4]. Uno de los satélites de la agencia espacial canadiense, SciSat, va equipado también con un instrumento de ABB 2 . Todos los días obtiene cerca de 2.700 espectros de alta resolución de los niveles superiores de la atmósfera en la región infrarroja del espectro electromagnético. El instrumento, que se llama ACE, se emplea sobre todo para medir la concentración de ozono en la estratosfera. Este gas bloquea la mayor parte de la radiación ultravioleta nociva procedente del sol. El satélite se lanzó en 2003 y el instrumento ha funcionado impecablemente desde entonces. Los datos recabados con ACE han ayudado también a conocer los procesos químicos que provocan la generación y destrucción del ozono en las capas altas de la atmósfera2) [5]. El año próximo, la agencia espacial de Japón lanzará un satélite nuevo llamado

GOSAT con un instrumento que incluye un interferómetro realizado por ABB. Este instrumento se utilizará para controlar las fuentes de dióxido de carbono cercanas a la superficie terrestre [6]. El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero de la atmósfera que influye en el clima del planeta. Los instrumentos del presente y del futuro que fabrica ABB ayudarán a comprender mejor la atmósfera de nuestro planeta y los complejos procesos químicos y dinámicos que se desarrollan sobre nuestras cabezas. Permitirán asimismo contar con datos de mayor calidad para mejorar la precisión de las previsiones meteorológicas y, con ello, evitarle a usted chaparrones en días de excursión.

Louis Moreau Marc-André Soucy ABB Bomem Inc.

Cuadro

Espectroscopia con transformada de Fourier

Québec, Canadá [email protected] [email protected]

Los espectrómetros con transformada de

rómetro varía describiendo una función cose-

Fourier (FTS, por sus siglas en inglés) modulan

no a medida que recorre la secuencia que va

un haz infrarrojo entrante por selección de lon-

desde la interferencia totalmente constructiva

Referencias

gitudes de onda mediante interferencia óptica.

a la totalmente destructiva. La intensidad de

[1] Fixell, P., y cols. (2002) “Near continuous profiling

La intensidad de la luz incidente

a

se divide

en dos partes por medio de un espejo semirreflectante (componente óptico

b

). La por-

ción reflejada recorre dos veces la distancia d1 que separa el espejo móvil

c

of temperature, moisture, and atmospheric stabili-

la salida modulada, llamada también interferograma, para una luz monocromática a una longitud de onda λ (o frecuencia ν ≡ c/ λ) que

ty using the Atmospheric Emitted Radiance Interferometer (AERI)”. J. Appl. Meteor. [2] NOAA, NPOESS Instruments – CrIS,

entra en el interferómetro viene dada por

http://www.ipo.noaa.gov/Technology/cris_sum-

del divisor del

haz. De igual modo, la porción transmitida

mary.html (enero de 2008).

I(x;ν) = I0 cos(2πνx)

[3] Kroutil, R. y cols. “Emergency response chemical detection using passive infrared spectroscopy”,

recorre dos veces la distancia d2 que separa el espejo fijo

d

del divisor del haz. El haz trans-

donde x ≡ 2(d1 – d2) es la diferencia de

mitido y el reflejado se superponen en el haz

trayectoria óptica entre los dos brazos del

resultante

interferómetro, e I0 es la intensidad de la luz

e

, en el que ambos se interfieren

entre sí de manera constructiva o destructiva,

monocromática incidente. Si la luz incidente

en función de la longitud de onda de la fuente

es policromática, el interferograma total será

de luz y de las distancias d1 y d2. Moviendo el

la suma de los interferogramas monocromáti-

espejo

c

, la intensidad a la salida del interfe-

cos, es decir:

SPIE (http://spie.org/x8799.xml, enero de 2008). [4] UK Met Office. “Infrared interferometry using ARIES”, http://www.metoffice.gov.uk/research/ obr/radtran/ariesinstr.html (enero de 2008). [5] CSA, SCISAT. “From dawn to twilight”, http://www.space.gc.ca/asc/eng/satellites/scisat/, (enero de 2008). [6] JAXA. “Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT)”, http://www.jaxa.jp/projects/sat/gosat/

b

c

d2 e

d1

index_e.html (enero de 2008).

I (x) = ∫I0 (ν)cos(2πνx)dv

d

donde I0 (ν) es el espectro de la luz incidente

Nota a pie de página

policromática. Así pues, el interferograma no

2)

científicos canadienses y de otros países a ampliar

espectro de la luz incidente. En consecuen-

su conocimiento sobre la reducción de la capa de

cia, el espectro de la radiancia que entra en

ozono, con especial atención a los cambios ocurri-

el instrumento puede observarse evaluando a

El satélite canandiense SCISAT ayuda al equipo de

es más que la transformada de Fourier del

la inversa de la transformada de Fourier del interferograma.

dos en Canadá y el Ártico. El instrumento ACE-FTS que lleva a bordo el SCISAT mide de manera simultánea la temperatura, los gases traza, las nubes delgadas y los aerosoles que se encuentran en las capas altas de la atmósfera, desde una altitud de 650 km.

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Revista ABB 2/2008

Meteorología y tiempo libre

Mover algo más que porterías Los accionamientos de ABB abren y cierran los gigantescos paneles de la cubierta de un estadio, y los sistemas de arranque de motores desplazan el terreno de juego Ken Graber

A medida que las instalaciones deportivas se vuelven más grandes y complejas en diseño y escala, los arquitectos y los ingenieros buscan ideas nuevas y más audaces. Las cubiertas retráctiles se han popularizado, ya que permiten controlar más eficazmente el ambiente interior del estadio. Muy pocas empresas tienen los conocimientos y la experiencia necesarios para mecanizar y controlar estas inmensas estructuras que, en sí mismas, constituyen hazañas arquitectónicas.

Revista ABB 2/2008

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Mover algo más que porterías

Meteorología y tiempo libre

U

ni-Systems, con sede en Minneapolis, Minnesota, es una de ellas. Cuando hay que mover una cubierta, el montículo para el pitcher en un estadio de béisbol, paredes o tribunas, UniSystems se ha convertido en el proveedor líder del sector. Las impresionantes referencias de la empresa incluyen trabajos en el Minute Maid Park y en el estadio Reliant de Houston, en Texas; en el Miller Park, en Milwaukee, Wisconsin; en el estadio RFK, en Washington, D.C.; y, el más reciente, en el estadio de los Cardinals de Arizona, en Glendale, Arizona.

El diseño exterior del estadio se asemeja a la forma globosa básica de los cactus del género Ferocactus y es obra del famoso arquitecto Peter Eisenman, que colaboró con la compañía de arquitectura deportiva HOK Sport. La cubierta retráctil se cierra para utilizar el aire acondicionado en los meses cálidos y se abre en los meses más frescos 1 . Los paneles de la cubierta son de un tejido de fibra de vidrio recubierto de PTFE (politetrafluoretileno), mucho más ligeros que una cubierta de un material tradicional. Un terreno de juego móvil

Con su carril curvo de cubierta, el proyecto del estadio de los Cardinals de Arizona planteó nuevos retos para proyectar el mecanismo de la cubierta retráctil. Uni-Systems se asoció con ABB y eligió el accionamiento ABB ACS800 para conseguir un control óptimo del sistema de distribución del par de la cubierta. Un oasis arquitectónico en el desierto

Cuando hace varios años los Cardinals de Arizona, integrados en la Liga Nacional de Fútbol Americano, decidieron construir un nuevo estadio, el clima del desierto era un aspecto muy importante que debía tenerse en cuenta en el proyecto. El calor puede afectar seriamente tanto a los aficionados como a los jugadores, y puede deteriorar el terreno de juego, especialmente si se trata de hierba natural. Por otra parte, en los meses más frescos, ese clima, mundialmente conocido, es perfecto para albergar actividades al aire libre. 1

44

El diseño del estadio no sólo incluye una cubierta retráctil, sino también un terreno de juego móvil 2 . La innovadora superficie rodante ahorrará unos 50 millones de dólares en costes de explotación, ya que es más barato desplazar el terreno de juego al exterior que replegar toda la cubierta en la medida suficiente para que la luz solar necesaria llegue al césped. La superficie de juego móvil de césped natural está contenida en un bastidor de 7.700 toneladas de peso que mide 71 x 122 m, y es la primera de este tipo en Norteamérica. Unos sistemas de arranque de motores ABB activan los motores que desplazan la superficie de juego. En conjunto, el diseño del estadio es tan exclusivo que ha aparecido en una serie de varios capítulos del “Discovery Channel”. Control directo de momentos

Esta cubierta es distinta de todas las que Uni-Systems había construido anterior-

La cubierta retráctil del nuevo estadio de los Cardinals de Arizona en Glendale, Arizona, funciona con accionamientos ABB ACS800.

2

mente. Según el danés Lennart Nielsen, jefe de electrotecnia y diseñador eléctrico senior de Uni-Systems, una de las decisiones más importantes fue elegir los accionamientos de los motores para controlar los movimientos de la cubierta. “Un factor importante para elegir los accionamientos de ABB fue el riesgo que una cubierta que se mueve sobre carriles inclinados supone por sí misma”, afirma el Sr. Nielsen 3 . “Esto nos llevó a elegir un accionamiento de frecuencia variable (AFV) que nos permitiera probar el par del accionamiento antes de cada movimiento de la cubierta, para asegurarnos de que todos los accionamientos estuvieran operativos y pudieran entregar el 100 % del par. El ACS800 cumplía estas condiciones y, antes de cada movimiento, el controlador lógico programable (PLC) comprueba el par de los AFV a 0 Hz, antes de soltar los frenos del motor”. El Sr. Nielsen afirma también que los accionamientos de ABB se pueden instalar y manejar sin necesidad de codificadores de bucle cerrado, una opción económica que contribuyó a que la empresa pudiera adaptarse a sus limitaciones presupuestarias. En las cubiertas que había proyectado antes Uni-Systems, si por cualquier motivo no arrancaban los motores al soltar los frenos, la cubierta permanecería en su lugar sin moverse. En el nuevo estadio de los Cardinals, con su carril de cubierta inclinado, una situación así podría hacer que parte de la cubierta cayera en el aparcamiento.

El terreno de juego sale por completo del estadio.

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Mover algo más que porterías

Meteorología y tiempo libre

“El equipo de ABB, con su control directo del par, puede medir la potencia del motor de forma mucho más precisa que un accionamiento convencional”, explica el Sr. Nielsen, “y con sus algoritmos de control/potencia puede medir las características procedentes de un motor a 0 Hz, lo que significa que activan el campo de energía sin girar el motor, y ésta es la razón principal por la que los elegimos”. “Queríamos tener esta posibilidad hasta 0 Hz, y ningún fabricante, excepto ABB, podía garantizarlo”, continúa el Sr. Nielsen. Los accionamientos de ABB, esenciales para la funcionalidad de la cubierta

La cubierta retráctil consta de dos paneles móviles suspendidos entre dos carriles paralelos a lo largo de los lados este y oeste de la estructura 4 . Los carriles se curvan para seguir el perfil ligeramente abovedado de la cubierta, que desciende desde su punto más alto en la línea de las 50 yardas hacia los extremos norte y sur del edificio. Cada panel de cubierta reposa en ocho soportes de dos ruedas, cuatro a lo largo del lado oeste y cuatro a lo largo del lado este del panel. Cada grupo de cuatro soportes forma un cuadrante de todo el sistema de cubierta retráctil. Las técnicas convencionales, como las ruedas tractoras motrices que ha utilizado Uni-Systems en otros proyectos de estadios, no eran aplicables a la cubierta inclinada del estadio de Arizona. En lugar de ello, Uni-Systems diseñó un sistema en el que cada panel de cubier3

ta va sujeto por cuatro cables de acero de 3,8 cm de diámetro a cada lado. Dos cables discurren a cada lado del carril de la cubierta, y cada uno de ellos se enrolla en su propio tambor de 122 cm de diámetro. Los tambores de los cables están dispuestos uno a cada lado de los dos soportes superiores de cada cuadrante de panel de cubierta. Los dos soportes inferiores de cada cuadrante no son motores. Cada tambor de cable está provisto de un engranaje de accionamiento en el borde exterior, accionado por cuatro motores de engranajes de 7,5 CV (5,6 kW) de corriente alterna y 480 V con frenos de resorte 5 . Los cuatro motores de cada tambor están controlados por dos accionamientos ACS800 de frecuencia variable de 20 CV (15 kW), de modo que cada cuadrante de cubierta está accionado por 16 motores controlados por ocho AFV. Un control preciso de los AFV era esencial para distribuir uniformemente la carga a los cables de cubierta. “No se consideró conveniente dejar que el PLC de cubierta haga de árbitro de cada uno de los accionamientos por medio del ProfiBus, que debía gestionar las comunicaciones normales de datos entre el PLC, los AFV y la entrada y salida a distancia”, comentó el Sr. Nielsen. “En lugar de ello, utilizamos una red paralela de comunicaciones por fibra óptica entre cada grupo de ocho AFV, en la que un AFV estaba configurado como maestro y los otros siete como esclavos”. “Una vez que la cubierta está en movimiento, es de la mayor importancia

Como los paneles se desplazan en pendiente, Uni-Systems quería que el accionamiento comprobase el par antes de cada movimiento de la cubierta para asegurarse de su operatividad plena. ABB era el único capaz de medir las características desde el motor a 0 Hz.

Revista ABB 2/2008

4

mantener un control muy estricto del par y la velocidad de cada accionamiento esclavo en relación con el AFV maestro de cada cuadrante de cubierta”, continúa el Sr. Nielsen. “El sistema de conmutación ultrarrápida de control directo del par del ACS800 proporciona los medios para hacerlo por medio de la red rápida de fibra óptica entre AFV”. El PLC emite un comando de velocidad (frecuencia) a cada uno de los AFV maestros (uno a cada lado), y los siete accionamientos esclavos igualan el par del accionamiento maestro. El PLC de cada panel de cubierta gestiona la alineación entre los dos cuadrantes de cada panel de cubierta, que recibe información de posición de un codificador absoluto en cada cuadrante y de codificadores diferenciales en cada tambor de cable. Si un lado de la cubierta avanza más de 5 cm por delante del otro (la distancia entre los carriles es de 78 m), el PLC ordenará al accionamiento maestro del lado que va por delante que vaya más despacio hasta que la alineación de ambos lados sea la misma. Como los carriles de la cubierta se curvan, la carga real del cable aumenta cuando el panel se desplaza hasta la posición de apertura completa y los tramos más inclinados del carril. Para un par motor óptimo, el AFV va a 60 Hz en la mitad inferior de los carriles y, para reducir la duración de la maniobra, a 85 Hz en la mitad superior. Los motores funcionan como motores y como generadores: como generadores cuando los paneles bajan y como motores cuando suben para cerrarse.

La cubierta retráctil consta de dos paneles móviles suspendidos entre dos carriles paralelos.

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Mover algo más que porterías

Meteorología y tiempo libre

Los accionamientos de ABB no necesitan mantenimiento. Se han montado en envolventes con aire acondicionado situados en los soportes.

5

Cada tambor de cable tiene un engranaje de accionamiento en el borde exterior accionado por cuatro motores de freno de corriente alterna de 7,5 CV a 480 V, que están controlados por dos accionamientos ACS800 de 20 CV.

Oscilación de los cables

Durante las pruebas iniciales en el estadio de los Cardinals, Uni-Systems descubrió que las frecuencias naturales en los cables de tracción provocaban oscilaciones latigazos en los cables cuando se abría la cubierta. “Y cuanto más deprisa íbamos, más pronunciado era este fenómeno”, afirma el Sr. Nielsen. “Nos dimos cuenta de que los accionamientos empeoraban el problema. Cuando un cable oscila, los puntos de anclaje experimentarán un momento variable. El accionamiento maestro reacciona a estos cambios aumentando o reduciendo su par. Este perfil de par se transmite a continuación a los otros accionamientos que reaccionaron a él, de modo que el conjunto del sistema de cables oscila cada vez más con más fuerza”. Cuadro 1

Datos básicos de la cubierta retráctil

Dos paneles retráctiles de cubierta de 550 toneladas cada uno. Dimensiones de cada panel de cubierta: 56 m de longitud por 86 m de anchura por 4,9 m de fondo. 8 cables de 3,8 cm de diámetro conectan cada panel de cubierta retráctil a la estructura del estadio en la línea de las 50 yardas (se utilizan más de 800 m de cable). 32 motores de 7,5 CV (5,6 kW) accionan cada panel de cubierta, con una potencia total para el estadio de 480 CV (358 kW). 16 ruedas acanaladas de 97 cm de diámetro soportan cada panel de cubierta retráctil. El equipo mecánico que mueve la cubierta pesa 270 t. Luz de cubierta practicable de 78,5 m sobre el estadio. Dos tendidos de carriles para ruedas acanaladas de 72,6 kg/m (se utilizan más de 400 m). Velocidad máxima de desplazamiento: 400 m/h. Tiempo total de desplazamiento: 11,5 minutos (10 minutos de desplazamiento más 1,5 minutos de reducción de la velocidad hasta la posición final).

46

Se trataba de una dificultad imprevista. Los ingenieros de ABB visitaron la obra para ayudar a Uni-Systems a adaptar los accionamientos a esta situación, a mantener un control óptimo y a eliminar los tirones de los cables durante la apertura de la cubierta. Según el Sr. Nielsen, “nuestra reacción natural fue ampliar las tolerancias para dejar una ventana más amplia en torno a la velocidad y al par óptimos para permitir cierto grado de oscilación sin provocar la reacción de los accionamientos. Pero ABB hizo lo contrario: definir una ventana muy pequeña para que la reacción no alcanzase la fuerza suficiente para provocar la oscilación”. “Sólo tuvimos que utilizar una función del software estándar ACS800 que permite a los accionamientos esclavos que comparten la carga (el par) tener una ventana de velocidad de solapamiento próxima a la referencia de velocidad Cuadro 2

ABB y los accionamientos

ABB es el mayor fabricante mundial de motores y accionamientos eléctricos. La compañía suministra una línea completa de accionamientos, motores y sistemas de accionamiento eléctricos eficaces desde el punto de vista del rendimiento energético a muy diversos clientes industriales y comerciales. Los productos fabricados incluyen accionamientos de velocidad variable en corriente alterna y continua para diferentes motores desde 1/8CV hasta 135.000 CV y soluciones de sistemas de accionamiento específicos para cada aplicación que satisfacen las variadas necesidades de los clientes (http://www.abb.us/drives).

coordinada del accionamiento maestro”, afirmó el Sr. Boren. “A causa de la elongación desigual de los cables –que puede considerarse como deslizamiento entre los tambores del cable correspondiente– es difícil repartir uniformemente la carga entre los tambores. Pero activando la capacidad de la ventana de velocidad en los accionamientos esclavos del ACS800 y limitando la ventana (deslizamiento) a sólo 2 rpm en cada motor, los tambores de los cables no tienen más remedio que repartirse uniformemente la carga de la inmensa cubierta”.

Proyectos en marcha

Como el estadio de los Cardinals de Arizona está prácticamente terminado, Uni-Systems y ABB dirigirán conjuntamente su atención hacia algunos nuevos proyectos de estadios de la NLF (Liga Nacional de Fútbol Americano). Los Colts de Indianápolis van a sustituir el RCA Dome por un nuevo estadio de cubierta retráctil de última generación, y ya han empezado las obras. “Esta cubierta exige un sistema mucho más complejo”, manifiesta el Sr. Nielsen. “En lugar de una relación anchura-longitud de casi uno a uno, los paneles del estadio de los Colts tienen una relación de alrededor de cinco a uno. Esto ha impuesto un diseño de cinco carriles en lugar de dos, como en el estadio de los Cardinals, y el doble de cables y accionamientos. También se está proyectando el nuevo estadio de los Cowboys de Dallas. En estos dos estadios se utilizará el nuevo accionamiento ACS800-U11 o regenerativo, que no estaba comercializado cuando se proyectó el estadio de los Cardinals”. El diseño del estadio de los Cardinals utiliza accionamientos regenerativos independientes que trabajan con los AFV ACS800. A medida que Uni-Systems y ABB adquieran más experiencia en este nicho del mercado, cabe esperar en un futuro inmediato diseños aún más audaces.

Ken Graber Tecnologías de automatización de ABB New Berlin, Wisconsin, EE.UU. [email protected]

Revista ABB 2/2008

Sencillo y agradable

El sonido del silencio Diseño y fabricación de transformadores silenciosos Ramsis Girgis, Jan Anger, Donald Chu

El silencio es una fuente de fuerza enorme. Aunque estas palabras las pronunciara el antiguo filósofo chino Lao Tse, se podrían aplicar igualmente a los modernos transformadores de potencia. Tan importante es que estos aparatos nos suministren energía, como no pasar por alto los aspectos negativos de su funcionamiento. Uno de los principales es el molesto ruido que producen. Probablemente la normativa más exigente del mundo en materia de ruido es la que se aplica en la ciudad de Nueva York. Para suministrar transformadores a esta ciudad, ABB tiene que satisfacer unos requisitos muy exigentes. Gracias a los profundos y detallados conocimientos que ABB tiene de las vibraciones y el ruido de los transformadores, ha podido cumplir esas especificaciones y está bien situada ahora para servir transformadores similares a otras ciudades importantes. Revista ABB 2/2008

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El sonido del silencio

Sencillo y agradable

A

ctualmente, existe una Los niveles del sonido se pre1 Curvas de nivel del ruido alrededor de una pequeña subestación con creciente preocupación sentan y especifican normaldos transformadores de 40 MVA. Cuando el ruido supera cierto nivel, mundial por el medio ambienmente como decibelios con puede ser muy desagradable para el oído humano. te, y cada vez es más imporponderación A, dB(A), donde T -180 tante la reducción del ruido los niveles del sonido se atecerca de las zonas residencianúan de acuerdo con su freN les. Los transformadores vibran cuencia por un “filtro A”, que TRAZADO: BANDA: durante su funcionamiento, representa la respuesta de freOctava Total lo que produce un zumbido cuencia del oído humano 3 . Presión acústica en dB (A) característico que se clasifica 50 Ahora existen normas (IEEE e como “ruido” 1 . Éste se carac45 teriza principalmente por cuaIEC) que especifican la forma 40 tro tonos puros, cuyas frecuende medir el ruido de los trans35 cias se encuentran dentro del formadores. Sin embargo, cier30 espectro del habla humana 2 . tos clientes exigen que se infor25 El ruido, por su carácter tonal, me del nivel total de ruido 20 causa molestia e irritación. colectivo del transformador en Por ello, es importante librar dB(A), mientras que otros pide él a las zonas residenciaden un informe para cada comque denominaremos “transformadores les. Esto es de particular importancia en ponente de frecuencia. Ciertos clientes silenciosos”. Ampliaremos más adelante las zonas urbanas con viviendas situadas sólo exigen la medición del ruido del la cuestión de las normativas. muy cerca de transformadores de transnúcleo y del ventilador, y otros piden el misión y distribución de potencia. nivel del ruido total del transformador, Nivel de ruido y espectro de En muchos países, las administraciones incluido el ruido de carga. frecuencias locales y nacionales han fijado los niveEl sonido produce minúsculas variacioRuido del transformador les de ruido admisibles, desde valores En los transformadores de potencia hay nes oscilatorias de la presión del aire, normales en las áreas rurales, a otros tres fuentes de sonido/ruido: que el oído humano percibe por encima más bajos cerca de las grandes ciudaRuido del núcleo, producido por los de cierto valor umbral y cuando la fredes, y a otros extremadamente bajos en efectos de la magnetostricción; cuencia de las oscilaciones de presión ciertas partes de la ciudad de Nueva Ruido de carga, producido por las se encuentra entre 20 Hz y 20 kHz. Las York. fuerzas electromagnéticas en los devalimitaciones en el nivel de ruido suelen Para satisfacer estas limitaciones de ruinados y en los componentes estructuvenir determinadas por la percepción dos es preciso entender el proceso de rales a causa de las fugas de flujo asohumana del sonido, que es logarítmica producción, transmisión y radiación del ciadas con la corriente; y dependiente de la frecuencia. Por sonido. Estos conocimientos han permiSonido producido por el funcionaejemplo, el oído humano es diez veces tido a ABB diseñar y fabricar transformiento de los equipos de refrigeramenos sensible al sonido de 100 Hz que madores silenciosos para clientes de ción, ventiladores y bombas. de 1.000 Hz, y cada vez que se duplica todo el mundo. Hace poco, ABB sirvió a la presión absoluta del sonido, la percila empresa ConEd (con sede en ManRuido del núcleo producido por los be como un pequeño aumento de su hattan, Nueva York, cuya reglamentaefectos de la magnetostricción nivel. Por tanto, el sonido se mide en ción sobre ruidos es la más exigente del La magnetostricción designa las defordecibelios (dB), que se definen como mundo) varios transformadores con un maciones mecánicas del laminado del 1 dB = 10 x Log10 (presión de sonido). nivel de ruido extremadamente bajo, Espectro de frecuencias típico del ruido producido por un transformador de potencia de 60 Hz

2

3

Respuesta en frecuencia del filtro de atenuación ponderado a sonidos de distintas frecuencias

80 0

-10 Atenuación, dB

presión acústica, dB(A)

70

60

50

-20

-30

40 -40 30 0

120

240

360

480

600

720

Frecuencia/Hz

48

840

960

1080 1200

10

20

40

100

200

400

1k

2k

4k

10k

20k

Frecuencia/Hz

Revista ABB 2/2008

El sonido del silencio

Sencillo y agradable

núcleo en respuesta a la aplicación de un campo magnético. La variación de las dimensiones es independiente de la dirección del flujo y, por lo tanto, se produce al doble de la frecuencia de alimentación. No obstante, ya que la curva de magnetostricción no es lineal, a mayores densidades de flujo se introducen mayores armónicos de la frecuencia de orden par 4 . En consecuencia, el ruido del núcleo tiene componentes a múltiplos de 100 o 120 Hz (respectivamente para los transformadores de 50 y 60 Hz). Las magnitudes relativas del ruido para estos componentes distintos de la frecuencia dependen del material del núcleo, de su geometría, de la densidad de flujo de funcionamiento y de lo próximas que se encuentren las frecuencias de resonancia del núcleo y de la cuba a las frecuencias de excitación. Ruido de carga producido por fuerzas electromagnéticas

El ruido de carga se produce principalmente por la interacción de la corriente de carga en los devanados y por la pérdida de flujo producida por esta corriente. Por tanto, la frecuencia principal de este sonido es el doble de la frecuencia de alimentación: 100 Hz para los transformadores de 50 Hz, y 120 Hz para los de 60 Hz. Si la corriente de carga incluye armónicos importantes –por ejemplo, en los transformadores rectificadores– las fuerzas incluyen armónicos de mayor frecuencia. Estos armónicos adicionales son una fuente importante de ruido que debe tenerse en cuenta al pedir un transformador. El nivel de ruido de la corriente de carga depende en gran medida de la carga del transformador. Si se reduce la corriente a la mitad, se 6

Sonido producido por los equipos de refrigeración

El carácter de la frecuencia del ruido de los ventiladores es distinto que el del sonido del núcleo y los devanados. No incluye tonos discretos, sino que cubre una amplia banda de frecuencias con un pico en la frecuencia del “paso de álabe”, la frecuencia a la que los álabes del impulsor del ventilador pasan por cierta perturbación rígida en el flujo de aire (y, a veces, al doble de esa frecuencia). Las bombas también producen un ruido con una banda ancha de frecuencia y contribuyen al ruido total del transformador.

4

Ejemplo de curva de magnetoestricción; cambio relativo de la longitud del núcleo de laminado de acero durante un ciclo completo de flujo alterno.

Características de diseño

Los transformadores de potencia diseñados por ABB en la década pasada, los TrafoStar, solían tener unos niveles de ruido bastante más bajos que los que se fabricaban hace 20 o 30 años. Esto se debe a: Diseño del núcleo de los transformadores para proporcionar una distribución más uniforme del flujo magnético con un menor contenido global de armónicos del flujo en el núcleo y en sus juntas. Para optimizar los diseños del núcleo y reducir su ruido se emplearon detallados modelos en dos y tres dimensiones del campo magnético 5 . El núcleo se mantiene unido mediante una estructura de fijación que proporciona una presión uniforme en sus láminas, al tiempo que se evitan deformaciones locales. ABB emplea herramientas de diseño propio para

Modelización tridimensional de las vibraciones mecánicas de un núcleo trifásico

Revista ABB 2/2008

calcular las vibraciones en el núcleo que tienen en cuenta los distintos modos de vibración y resonancia mecánica, así como las fuerzas complejas que excitan el núcleo de un transformador trifásico 6 . La cuba TrafoStar está diseñada para evitar todo aumento innecesario del ruido gracias a su alto rendimiento de radiación o resonancia. Se han desarrollado simulaciones acústicas, verificadas mediante modelos a escala, que han aportado las herramientas precisas que evitan las resonancias de las

consigue una reducción de 12 dB en el ruido debido a la corriente de carga.

7

2 1

-2.0

-1.0

0

0.0

1.0

2.0

-1 2 Densidad de flujo (T)

5

Distribución del flujo magnético en un núcleo trifásico

Modelización tridimensional de la radiación sonora de la cuba de un transformador trifásico

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El sonido del silencio

Sencillo y agradable

cubas y que reducen la radiación del sonido 7 . Transformadores con menos ruido Menor ruido del núcleo

Además de buscar una magnetostricción baja, empleando para el núcleo acero con mayores grados de orientación magnética y disminuyendo la densidad de flujo en el mismo, se puede reducir el ruido en el núcleo mediante otras medidas desarrolladas a lo largo de los años, como: Desacoplamiento de las vibraciones del núcleo de la cuba del transformador. Para conseguir buenos resultados, es preciso considerar con atención las propiedades del núcleo y de la cuba del transformador. Hay que diseñar correctamente los elementos de aislamiento de las vibraciones. Evitar la resonancia, tanto de la cuba como del núcleo. Para ello hay que predeterminar con precisión los valores de las distintas frecuencias de resonancia del núcleo y de la cuba 8 . Tratamiento de amortiguamiento de la cuba. Empleo de paneles o cajas antirruido que cubran partes de la cuba o todo el conjunto (para los transformadores que deban satisfacer niveles de ruido particularmente bajos). Diversas técnicas nuevas que tratan de reducir la transmisión de las vibraciones del núcleo y, en consecuencia, la radiación de sonido producida. Menor ruido de carga

El tipo y la disposición del devanado, la densidad de corriente, el apantallamiento y los shunt de la cuba y sus parámetros de diseño afectan considerablemente la magnitud del ruido de carga. Un considerable trabajo de desarrollo se ha 8

50

traducido en las medidas siguientes para reducir el ruido de carga: Empleo de diseños de devanado que causan menores pérdidas de densidad de flujo; Eliminación de la resonancia del devanado; Mejor apantallamiento de la cuba contra la pérdida de flujo; Tratamiento de amortiguamiento de la cuba; Mejor diseño de la cuba, con reducción de las propiedades de radiación del sonido; Cajas antirruido que cubran toda la cuba. Menor ruido del sistema de refrigeración

Se puede reducir el ruido de los ventiladores de refrigeración eligiendo los de baja velocidad o los que tengan elementos que absorban el sonido en la entrada y salida. Otros procedimientos incluyen ventiladores especiales o diseños de álabes con menor ruido. En muchos casos, cuando hay que cumplir requisitos muy exigentes, se elimina el ruido del ventilador diseñando el transformador con radiadores en lugar de ventiladores. Cuando se requieren bombas de refrigeración, se eligen las que presentan una baja emisión de ruido. Requisitos para el transformador ConEd

Para cumplir los estrictos límites que fija la normativa sobre ruidos de Nueva York para todas las fuentes de ruido de la ciudad, el departamento de equipos eléctricos de ConEd ha revisado sus especificaciones sobre ruidos para los nuevos transformadores de potencia. En ellas se garantiza que el sistema eléctrico de ConEd disponga de transformadores ultrasilenciosos. Las especificaciones presentan los siguientes requisitos:

Resonancia mecánica de un núcleo trifásico de cinco columnas

9

1) De 15 a 20 dB por debajo de lo habitual para estos tamaños de transformadores; 2) Garantía de que no se van a superar los niveles de ruido en las siguientes situaciones: a) 100 % de la tensión combinado con 100 % de la carga b) Sobreexcitación máxima combinada con 40 % de la carga; y 3) Los límites rigen no sólo para el nivel de ruido total, sino también para cada componente de frecuencia. Los límites máximos admisibles del espectro de frecuencias del ruido total del transformador (sin carga) para los tres componentes de frecuencia más importantes del ruido del transformador se muestran en el Cuadro . Estos niveles corresponden a un nivel de ruido total de unos 59 dB(A) con el 116 % de tensión y toda la intensidad de corriente. El valor correspondiente para los dB(A) totales con el 100 % de tensión y toda la intensidad de corriente está en el margen de los 54 dB(A). En cambio, los transformadores de este tamaño solían tener unos niveles de ruido en el margen de los 70 dB(A) sólo para el ruido sin carga. Los transformadores de bajo nivel de ruido tendrán 10 dB menos (sin carga). Esto da idea del alcance de las exigencias en materia de ruido de ConEd en comparación con los transformadores Cuadro

Límites máximos admisibles para las tres frecuencias más importantes

Frecuencia central de la banda de octavas (Hz)

125

250

500

Nivel admisible (dB)

71

64

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Transformador ConEd ultrasilencioso con cápsula antirruido

Revista ABB 2/2008

El sonido del silencio

Sencillo y agradable

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Transformador ConEd ultrasilencioso con paneles antirruido

clásicos e incluso con los de bajo nivel de ruido. Pero no eran éstos los únicos retos. Los requisitos de ConEd imponen otras limitaciones al diseño, como: Límites estrictos sobre el peso, la anchura y la altura a fin de permitir el transporte por Manhattan; Límites estrictos sobre la variación de la impedancia de los transformadores a lo largo del margen de los cambiadores de tomas; Requisitos importantes de sobrecarga (hasta el 200 %); y Límites sobre las temperaturas en los puntos calientes del devanado a distintas cargas. Los diseños que exigía ConEd correspondían a sus transformadores de red normalizados de 65 MVA y 93 MVA. Soluciones para el transformador de ConEd

El diseño de un transformador para esos niveles ultrabajos de ruido, sin dejar de adaptarse al resto de las limitaciones, sólo es posible si el fabricante es capaz de realizar lo siguiente: Cálculo exacto del nivel de ruido del núcleo en función de su densidad de flujo; Cálculo exacto del ruido de carga; Cálculo exacto de las frecuencias de resonancia del núcleo, los devanados, las planchas y los rigidizadores de la cuba; Cálculo preciso del espectro de frecuencias del núcleo en función de la densidad de flujo; Medios eficaces para reducir el ruido del núcleo y de la carga para las distintas frecuencias; Revista ABB 2/2008

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Transformador ConEd ultrasilencioso sin cápsula ni paneles antirruido

Técnicas adecuadas para montaje de los transformadores; y Técnicas precisas de medición en interiores (en fábrica) de los niveles de ruido bajo. Cuanto más precisos sean los cálculos, menor será el margen del diseño resultante y más fácil será cumplir unas especificaciones exigentes. Una historia de éxito

En primavera de 2003, ABB disponía de la tecnología para diseñar transformadores de bajo nivel de ruido, pero no para los niveles o los detalles que exigían las especificaciones revisadas de ConEd para transformadores ultrasilenciosos. Así, ABB identificó el trabajo de I+D para adelantar las posibilidades del momento hasta el nivel de rigor que permitiera diseñar con éxito y fabricar los transformadores solicitados por ConEd. El equipo de desarrollo de tecnología de ABB trabajó arduamente en las ocho áreas tecnológicas relacionadas con el ruido que acabamos de examinar. Como consecuencia de los progresos alcanzados, ConEd adjudicó a ABB el contrato para fabricar los primeros transformadores ultrasilenciosos de 93 MVA. Éstos se diseñaron empleando la tecnología disponible, se probaron y se entregaron sin problemas en 2005. El primero iba equipado con una caja antirruido 9 . El segundo y tercero sólo llevaban adosados paneles antirruido en las paredes de la cuba 10 . Posteriormente, ConEd pidió a ABB de dos transformadores ultrasilenciosos de 65 MVA. Se diseñaron empleando la tecnología más reciente contra ruidos

disponible en 2005. Se fabricaron sin cajas ni paneles exteriores antirruido 11 . En realidad, la segunda unidad se diseñó con un devanado de un peso considerablemente menor, que demostró tener 4 dB menos de ruido de carga que la primera. Los componentes de frecuencia del ruido total de núcleo y de carga de este transformador se encontraban entre 2 y 5 dB menos que los niveles ultrabajos exigidos por ConEd. A raíz de este éxito, ConEd pidió cinco unidades más de 93 y 65 MVA para 2008 y principios de 2009. Estos transformadores se diseñaron empleando la tecnología más reciente desarrollada en ABB. Por tanto, fue posible actualizar su diseño consiguiendo un peso bastante menor para el núcleo y los devanados y cumpliendo los requisitos de ConEd. La tecnología de transformadores ultrasilenciosos desarrollada se está empleando ahora para realizar diseños óptimos de este tipo de transformadores para otros clientes en zonas urbanas de todo el mundo.

Ramsis Girgis ABB Inc. St. Louis, Mo, Estados Unidos [email protected] Jan Anger ABB Inc. Ludvika, Suecia [email protected] Donald Chu ConEd New York City, Estados Unidos [email protected]

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Sencillo y agradable

Ligeros, seguros y eficaces Los sistemas de cables HVDC Light® representan el futuro del transporte de la electricidad Anders Gustafsson, Marc Jeroense, Johan Karlstrand

A medida que la población mundial sigue creciendo, los recursos se van limitando. Los mayores niveles de población precisan de más superficie de tierra, así como de unos adecuados servicios de electricidad, agua y comunicaciones que se deben facilitar de forma que se cumplan las nuevas disposiciones obligatorias sobre medio ambiente. Por su parte, el sector energético ha estado haciendo sus deberes para encontrar formas seguras e innovadoras que permitan aumentar el transporte de electricidad en corredores energéticos manteniendo al mínimo el impacto ambiental. Una empresa particularmente activa en este campo es ABB. Desde hace años, la empresa ha desarrollado funciones de transporte que no sólo proporcionan más electricidad a las personas, sino que lo hacen de forma segura e invisible. Gracias a los cables HVDC Light®, los sistemas de transporte son más compactos y eficaces, exigen poco mantenimiento y respetan el medio ambiente.

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Ligeros, seguros y eficaces

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L

Esfuerzo de campo medio (kV/mm)

os recursos de la Tierra se distancias. También existen 1 Comparación entre cables HVAC y HVDC Light van limitando cada vez más. aspectos medioambientales La construcción de infraestrucpor lo que se refiere a los Cables de CA Cables de CC turas que satisfagan las creciencampos eléctrico y magnético Pérdidas óhmicas en el conductor Pérdidas óhmicas en el conductor tes necesidades de la población que rodean los tendidos Pérdidas inducidas en el conductor se está convirtiendo, si no lo aéreos y los cables de CA. Pérdidas inducidas en el aislante Pérdidas inducidas en cables próximos ha hecho ya, en un problema Corriente en el cable debida a la longitud crucial. Tanto si les gusta como Se pueden eliminar estas si no, las compañías de electrilimitaciones si el transporte cidad, agua y comunicaciones se hace mediante corriente Cables de CA 3 cables 20 se ven ahora, más que nunca, continua (CC). Un sistema de 15 obligadas a encontrar formas CC mejora la capacidad de 10 de prestar más servicios emtransporte, sufre menos pérdi5 pleando, en muchos casos, la das, es respetuoso con el 0 misma infraestructura de forma medio ambiente y las longituHVDC Light HVAC más compacta, eficaz y ecológides de transporte no tienen ca. Por ejemplo, el sector enerprácticamente límite a causa El transporte de electricidad gético ha estado investigando formas de la eliminación de las corrientes capaen el sector energético de aumentar el transporte de electricicitivas. Además, el transporte con CC es Actualmente, la mayoría de la energía dad por los corredores ya existentes. muy ecológico. Sin embargo, ya que la eléctrica se transporta mediante corrienAdemás, con arreglo al marco establecienergía eléctrica se genera como CA en te alterna clásica (CA), porque la transdo por la Comisión Europea (CE) en una central y se suministra a los consuformación de una tensión a otra es rela2003 [1], se debe aumentar el comercio midores también como CA, un transportivamente sencilla. En las zonas rurales de electricidad entre los países miemte por HVDC necesita la conversión de se suelen usar los tendidos aéreos para bros. Puesto que este aspecto está CA a CC y de CC a CA en cada extremo. el transporte a largas distancias, mienactualmente por debajo del desarrollo Para ello se utilizan principalmente dos tras que para las zonas urbanas son adealcanzado por otros sectores de la ecotécnicas, el clásico convertidor de fuente cuados los cables de alimentación. Los nomía, debe construirse un gran númede corriente (LCC) y el convertidor de cables submarinos de CA se utilizan ro de interconexiones, ya sea por tierra fuente de tensión (VSC). para distancias limitadas en mares y o por mar. lagos.

Un sistema de CC mejora la capacidad de transporte, sufre menos pérdidas, es muy ecológico y las longitudes de transporte no tienen prácticamente límite gracias a la eliminación de las corrientes capacitivas. En cualquier caso, para satisfacer las demandas de la creciente población y las estrictas normas, muchos proveedores se enfrentan ahora a tres cuestiones muy importantes: Cuánto se puede aumentar la potencia por metro cuadrado de terreno ocupado; Cuánto se pueden reducir los efectos medioambientales con las mismas o mejores tecnologías y/o fiabilidad (o ambas); Cómo se deben gestionar los riesgos que se corren. Revista ABB 2/2008

Sin embargo, los sistemas de transporte de CA tienen algunas limitaciones técnicas, como la generación y el consumo de energía reactiva y la ausencia de control del flujo de potencia. Se utilizan técnicas de compensación, como los dispositivos FACTS, para limitar los efectos de la generación y el consumo de energía reactiva. Además, en comparación con los tendidos aéreos, los cables de CA tienen mayores corrientes de carga capacitiva, lo que limita su capacidad para transportar electricidad a grandes 2

Cables terrestres HVDC Light® extruidos

Las ventajas principales de los cables HVDC Light® con respecto a sus homólogos HVAC son el peso y las dimensiones menores, que se traducen en una densidad de potencia mayor. Transporte por HVDC y HVDC Light®

La técnica tradicional HVDC (alta tensión en corriente continua) la empezó a aplicar ASEA en Suecia en 1954. HVDC Light® es una tecnología relativamente nueva para el transporte de electricidad, desarrollada por ABB en la década de 1990. Se conoce también como “transporte invisible de electricidad”, puesto que se basa en cables subterráneos. Las ventajas principales de los cables HVDC Light® con respecto a sus homólogos HVAC (alta tensión en corriente alterna) son el peso y las dimensiones menores, que se traducen en una densidad de potencia mayor 1 . En otras palabras, la energía que se puede transportar por kilogramo de cable es mayor para los 53

Ligeros, seguros y eficaces

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cables HVDC Light® que para los HVAC. Las razones principales para ello son: Los cables HVDC Light® trabajan con mayores intensidades de campo, por lo que el aislamiento es más delgado que el de los cables HVAC. Los conductores de los cables HVAC se deben dimensionar teniendo en cuenta las pérdidas por efecto Kelvin, por efecto de proximidad, por pérdidas inducidas en apantallamientos y revestimientos, y en el caso de cables submarinos, por pérdidas inducidas en las armaduras. Los cables HVDC Light® sólo tienen que dimensionarse teniendo en cuenta las pérdidas óhmicas. Un sistema HVAC precisa tres cables, mientras que uno HVDC sólo necesita dos. Los sistemas de cables de polímero HVDC Light® 2 han sido desarrollados, instalados y se encuentran en servicio con niveles de tensión entre 80 kV y 150 kV. Estos sistemas instalados cubren márgenes de potencias entre 50 MW [2] y 350 MW [3]. Se prevé que la demanda futura para el transporte HVDC y, en particular, para los cables HVDC va a aumentar. El hecho de que se pueda enterrar este sistema de transporte de energía eléctrica a grandes distancias hace que el sistema HVDC Light® de ABB sea muy atractivo. Actualmente, el mercado tradicional y la fuerza técnica impulsora que se hallan detrás del uso de los sistemas de cables HVDC es el transporte submarino a grandes distancias, necesario en especial si hay que conectar redes asíncronas1). Pero la introducción de los cables VSC y HVDC de polímero extruidos ha ofrecido la posibilidad de un nuevo mercado para los sistemas HVDC

Cuadro

Light®. Por ejemplo, los lugares remotos con redes débiles se pueden conectar con facilidad, como en el caso de los generadores eólicos2) [4] y las plataformas petrolíferas y de gas [5]. Se ha observado que el tendido subterráneo es un importante agente activador del mercado. Detrás de este fenómeno se encuentran las nuevas y exigentes normas europeas en materia de campos electromagnéticos, los “trámites para permisos” de tendidos aéreos, que entrañan más dificultad y exigen más tiempo (en especial, en Europa), y la creciente opinión pública de que se precisan soluciones con mayor valor estético. Por encima de todo, se considera que un sistema HVDC Light® sólido constituye una solución con escaso mantenimiento y una alta rentabilidad. Aumento de la potencia por metro cuadrado de terreno ocupado

En el Cuadro se muestra una comparación entre los cables HVAC XLPE, HVDC Light® y los tendidos aéreos para sistemas con valores nominales entre 220 kV y 400 kV. En la misma tabla se presenta asimismo la anchura del ROW (derecho de paso) o anchura del terreno afectado. Por lo que se refiere al transporte de electricidad, se puede ver en la tabla que un sistema HVDC Light® es entre 25 y 30 veces más compacto que el sistema de tendido aéreo equivalente. Si se compara también la potencia por kilogramo de ambos, el sistema de cables HVDC es entre 15 y 25 veces más eficaz. Fiabilidad

El primer sistema comercial de cables HVDC Light® se instaló en Suecia en

Comparación entre distintos sistemas de transporte por cable

220 kV nominales 400 kV nominales

HVAC XLPE Cables

HVDC Light® Cables

Tendido aéreo

200–500 MVA

100–300 MVA (150 kV)

300–800 MVA

400–1000 MVA

300–1000 MVA (320 kV)

500–2000 MVA

1999. Se conectó un parque eólico en el extremo meridional de la isla Gotland con la ciudad de Visby, también en Gotland, mediante una línea de 80 kV y 50 MW. Desde entonces se han realizado otros proyectos, incluido el proyecto Estlink, un enlace de 150 kV y 350 MW [3]. En menos de una década se han instalado casi 1.500 km de cables HVDC Light®, con otros 400 km en marcha, lo que demuestra que HVDC Light® es realmente una tecnología madura y fiable. Además de esto, están en servicio actualmente unos 500 empalmes de cable. Se puede comparar con los más de 1.700 km de cable impregnado en masa instalados por ABB desde 1953. Instalación

El peso, relativamente ligero, y las pequeñas dimensiones (que permiten un pequeño número de empalmes) y la resistencia mecánica de los cables HVDC Light® tienen una influencia positiva en los gastos de instalación, que constituyen una parte importante del coste de inversión total. Si a esto se añaden los nuevos equipos desarrollados para instalación en tierra, se deduce que la relación entre los costes de los sistemas de tendidos aéreos y los que se basan en los cables de polímero HVDC es, en función de la longitud y las condiciones de los circuitos, comparativamente baja. En la actualidad, se facilita la instalación mediante máquinas de tendido mecánico del cable con cortadoras de disco y dispositivos automáticos para el rellenado de zanjas. Las infraestructuras existentes suelen tener composiciones definidas para el suelo y la instalación es más fácil si se pueden evitar las rocas, etc. En un proyecto en Australia se tendieron los cables HVDC Light® 3 a una velocidad de entre uno y tres kilómetros al día [6, 7]. Esto sólo es posible con la tecnología HVDC Light® y los diseños de cables delgados HVAC XLPE.

Notas a pie de página 1)

nalmente cable aislado con papel. 2)

Anchura de terreno afectado

1–2 m

0.5–1 m

40– 60 m

MVA/m para 220–420 kV

200–500 MVA/m

200–1000 MVA/m

7.5–33 MVA/m

Para este tipo de conexiones se emplea tradicioUna de las características del HVDC Light® es su mayor capacidad para estabilizar la tensión de CA en los terminales. Esto reviste especial importancia en los parques eólicos, en los que la variación de la velocidad del viento puede ocasionar grandes fluctuaciones de tensión.

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Los cables HVDC Light® se pueden instalar en tierra y en el mar. Su peso, relativamente pequeño, y sus dimensiones influyen bastante en la cantidad de cable que se puede enrollar en un tambor, o en la cantidad que se puede transportar en un buque de instalación de cable.

3

Tendido de cable HVDC Light® en Australia: a Transporte de los grandes tambores de cable. b Preparación del lecho del cable con una excavadora de cadenas (izquierda) y una máquina para rellenado de zanjas (derecha). c La estrecha zanja típica para el cable, que apenas altera el medio.

a

c

Efectos medioambientales

Además de las ventajas económicas de emplear menos terreno para los sistemas de transporte en las infraestructuras existentes, el impacto medioambiental es también menor cuando se emplea HVDC Light®. Por ejemplo, un sistema de tendido aéreo que discurre a través de un bosque se traduce en una pérdida de captación de CO2, puesto que los árboles convierten el dióxido de carbono de la atmósfera en forma de carbono almacenado en la madera. De hecho, una línea de 400 kV que pase a través de un bosque supone una pérdida de transformación de 42 toneladas de CO2 por km y año [7]. El campo magnético de la Tierra origina grandes corrientes convectivas de CC en su interior. Este campo magnético natural varía entre 30 y 60 µT para diferentes latitudes de la superficie de la Tierra. El mismo tipo de campo magnético se produce en un cable HVDC Light® y no se considera insalubre para el cuerpo humano. Un cable de CC producirá un campo magnético de entre 5 y 10 µT a un metro por encima de la superficie del suelo. Esto se va a superponer al campo magnético natural de la Tierra, lo que viene a ser que el efecto magnético de un cable de CC corresponde a haber viajado de sur a norte de la Tierra. Esto no se considera peligroso desde el punto de vista magnético. En relación con un campo de CA, en algunos países se ha planteado un debate al respecto y se han establecido ciertos límites como precaución, pero aún no se ha llegado a conclusiones definitivas. Seguridad

El tendido y la instalación de cables a lo largo de carreteras o de otras infraestructuras suele ser más fácil que campo a través. Las posiciones y la localización de los cables se pueden definir con los sistemas empleados para trazar las carreteras o las vías férreas. Los departamentos responsables de las carreteras o las vías férreas nacionales suelen disponer de sistemas muy buenos para hacerlo. Revista ABB 2/2008

b

En Suecia, todas las carreteras tienen unas coordenadas fijas en un sistema GPS, lo que supone que otros servicios como los de cables eléctricos, cables de fibra, etc., se pueden colocar y registrar de la misma forma. Por tanto, se reduce el riesgo de daños a terceras partes. Además, un sistema de HVDC Light® anulará la corriente de cortocircuito unas 15–20 veces antes que en las líneas clásicas de CA y esto tendrá un efecto positivo sobre el riesgo para la población.

hacen invisible el transporte de la energía eléctrica. Si a ello se añaden las otras ventajas del empleo de cables de CC, como los aspectos relacionados con el medio ambiente y la seguridad, así como la posibilidad de transportar la electricidad a grandes distancias, significa que se puede conseguir con mayor facilidad un transporte más confortable.

Anders Gustafsson Marc Jeroense Johan Karlstrand

Ventajas no invisibles

Sistemas eléctricos de ABB

El empleo de cables extruidos HVDC Light® para el transporte de electricidad tiene varias ventajas. La más evidente es que los cables que se tienden bajo tierra

Karlskrona, Suecia [email protected] [email protected] [email protected]

Referencias [1] Reglamento (CE) nº 1228/2003, de 26 de junio de 2003, relativo a las condiciones de acceso a la red para el comercio transfronterizo de electricidad. [2] S. Green, “HVDC Systems Gotland: the HVDC pioneer” (Sistemas HVDC de Gotland: pioneros del HVDC), Power Engineering International (julio de 2004). [3] R. Pajo, I. Aarna y M. Lahtinen, “Estlink Tie Improves Baltic States System” (El enlace Estlink mejora el sistema de los Estados Bálticos), Transmission & Distribution World (1 de abril de 2007). [4] E.ON läßt Offshore-Windpark für 300 Millionen Euro ans Netz anschließen, Energie-Chronik (10 de septiembre de 2007), http://www.udo-leuschner.de/energie-chronik/070910.htm) [5] P. P. Jones, L. Stenius, “The Challenges of Offshore Power System Construction – Troll A, Electrical Power Delivered Successfully to an Oil and Gas Platform in the North Sea” (Los retos de la construcción de sistemas eléctricos en el mar – Suministro satisfactorio de energía eléctrica a una plataforma petrolífera y de gas en el Mar del Norte), EWEC (2006, Atenas). [6] I. Mattsson y cols., “Murray Link – the longest underground HVDC cable in the world” (Murray Link: el cable HVDC subterráneo más largo del mundo), CIGRE 2004, Paper B4-103. [7] Ravemark D., Normark B., “Ligero e invisible”, Revista ABB 4/2005, páginas 25–29.

Lectura recomendada: Flisberg G., Englund L., Kumar A., “HVDC transmits green energy in China” (HVDC transporta energía verde en China), Informe especial de la Revista ABB. ABB in China, páginas 15–18

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Historia de un éxito

ETERNOS PIONEROS

Historia de un éxito Una mirada retrospectiva a la aportación de ABB a la robótica industrial David Marshall, Christina Bredin

Los robots industriales están omnipresentes en la fabricación de productos individuales en todo el mundo y aumentan la productividad, proporcionan una calidad siempre elevada y mejoran la seguridad en el lugar de trabajo. En los últimos 35 años se han logrado importantes avances. Al principio, se utilizaban los robots para tareas relativamente sencillas y monótonas en ambientes peligrosos. Ahora, sistemas multirrobot sincronizados realizan sofisticados trabajos en células de producción flexibles. ABB ha sido uno de los principales impulsores de este rápido proceso de desarrollo.

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Revista ABB 2/2008

Historia de un éxito

ETERNOS PIONEROS

E

l primer robot industrial apareció en 1961, un Unimate entregado a General Motors para trabajar con una máquina de moldeo por inyección. El Unimate, creación de Joseph Engelberger, el “padre de los robots industriales”, era de accionamiento hidráulico, tecnología que dominó el incipiente negocio de los robots industriales en su primera década. Después, en 1974, la compañía sueca ASEA desarrolló el IRB 6, el primer robot completamente eléctrico. Este dispositivo de 6 kg de capacidad era único, no sólo por su sistema de accionamiento, sino también por su configuración antropomorfa y su utilización de un sistema de control por microprocesador. Marcó nuevos niveles en robótica por el poco espacio que ocupaba, por su velocidad de movimiento y por la precisión de posicionamiento, y dio origen a muchos clónicos. Los robots accionados eléctricamente se utilizaron para nuevas aplicaciones que no eran posibles con máquinas hidráulicas, en particular la soldadura por arco. La primera aplicación fuera de ASEA fue el pulido de codos de tubería de acero inoxidable para la industria alimentaria en la compañía sueca Magnusson. Su primer IRB 6 se instaló en 1974 1 , y en 1975 se entregaron nuevas unidades, en este caso robots que trabajaron prácticamente sin parar durante más de 25 años en un ambiente de suciedad. La soldadura por puntos siguió siendo el dominio de los robots hidráulicos hasta 1975, cuando ASEA presentó el IRB 60, de diseño similar al IRB 6, pero 1

con una capacidad de 60 kg. El primero se entregó a la empresa sueca SAAB para la soldadura por puntos de carrocerías de coches 2 . Pero quizá el último “clavo en el ataúd” del robot hidráulico de soldadura por puntos fue el IRB 90, presentado en 1982, que ASEA diseñó específicamente para la soldadura por puntos. Era un dispositivo completo de seis ejes, con alimentación integrada de agua, aire y electricidad (WAC) en el brazo. Robots para pintura

Todavía en la época del robot hidráulico, se produjo en Noruega un hecho notable que más tarde influiría en el negocio de robótica de ASEA. Trallfa, una pequeña empresa de ingeniería agrícola, tenía dificultades para contratar trabajadores para pintar sus carretillas, y buscó una solución basada en la automatización. Un joven ingeniero llamado Ole Molaug aceptó el desafío. En 1966 desarrolló el primer robot de pintura del mundo con accionamiento hidráulico 3 . Se diferenciaba del Unimate en que tenía control continuo del recorrido. Se programaba registrando en una cinta magnética los patrones de pulverización de un pintor experto. Al principio, este pintor automático se utilizaba sólo internamente, pero fue un éxito tal que Trallfa decidió comercializarlo fuera de la empresa. Vendieron el primer Trallfa TR 2000 en 1969 a la compañía sueca Gustavsberg para esmaltar bañeras, platos de ducha y otros sanitarios.

En 1974 Magnusson AB fue el primer cliente externo de robótica de ASEA. El director Leif Jönsson y Lennart Benz de ASEA vigilan la instalación.

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2

En 1985, Trallfa fue adquirida por ASEA, y en 1988, año en que ASEA se fusionó con la empresa suiza Brown Boveri para formar ABB, la compañía lanzó su primer robot de pintura de accionamiento eléctrico, el TR 5000. Antes de esto, para los robots de pintura se utilizaban exclusivamente los accionamientos hidráulicos debido a su seguridad intrínseca. Pero el TR 5000 conseguía la misma seguridad con un accionamiento eléctrico, y sus ventajas propias de velocidad, precisión y control electrónico se trasladaron al proceso de pintura. Más tarde, en el decenio de 1990, ABB presentó su innovador sistema de campana de cartuchos (CBS) para pintar piezas de coche, que ahora se utiliza en todo el mundo en las líneas de producción de automóviles [1]. Este sistema utiliza cartuchos de pintura fáciles de sustituir para reducir los residuos de pintura y disolvente y recortar de este 3

Primera versión del robot de pintura Trallfa de 1969

El modelo SAAB 99 de 1975 fue una de las primeras aplicaciones de soldadura por puntos. Foto cortesía de SAAB

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Historia de un éxito

ETERNOS PIONEROS

modo los costes y las emisiones, al tiempo que se amplía la gama de colores. Para resolver el problema de la contaminación del aire debida a la pintura, ABB siguió introduciendo nuevas tecnologías innovadoras que redujeron drásticamente la actividad humana en las zonas contaminadas gracias a la completa robotización de la operación [2]. Para aplicaciones automovilísticas de gama alta, el diseño y la configuración exclusivos del FlexPainter IRB 5500 de montaje mural generan la envolvente de trabajo más flexible de cualquier robot de pintura de carrocerías de coches 4 . Bastan dos FlexPainter IRB 5500 para realizar trabajos que hasta entonces exigían cuatro robots de pintura. Los resultados son un menor coste, tanto inicial como a largo plazo, una instalación más rápida, mayor tiempo productivo, más fiabilidad y mayor ahorro energético. La más reciente incorporación a la gama de robots de pintura es el IRB 52, un especialista en pintura completamente nuevo de reducidas dimensiones, dise4

5

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El FlexPainter IRB 5500

El IRB 6000, con su diseño modular, se presentó en 1991 y fue el robot de soldadura por puntos de ABB más vendido.

ñado específicamente para pintar piezas medianas y pequeñas en sectores industriales muy variados. Proporciona una solución de pintura asequible y de alta calidad. En el paquete de funciones de pintura se incluye el Sistema de Proceso Integrado (IPS), que incluye válvulas de cambio de colores y regulación de aire y pintura. Esta combinación exclusiva garantiza un control del proceso de pintura de alta calidad, de gran precisión y constante. Evolución de la mecánica de los robots

La elegancia del diseño del IRB 6 era tal que su cinemática antropomorfa básica, con movimientos giratorios de las articulaciones, se puede ver en la gama actual de robots de ABB. Lo que ha cambiado a lo largo de los años es la velocidad, la precisión y el ahorro de espacio, con envolventes de trabajo más amplias y dimensiones más reducidas. El primer avance importante de ABB en mecánica robótica después del IRB 6 fue el IRB 2000 de 10 kg de capacidad presentado por ASEA en 1986. En este diseño de segunda generación, cajas reductoras sin retroceso sustituyeron a los mecanismos de bolas y tornillo sinfín en los ejes de la “cadera” y el “hombro”, con el resultado de una mejor cinemática espacial. Pero el otro cambio destacado afectó a los motores de accionamiento, que pasaron de corriente continua (CC) a corriente alterna (CA). Los motores de CA entregan un par más alto, son más pequeños que los de CC, no tienen escobillas, por lo que son más sencillos de mantener, y tienen una vida útil más larga, características todas que los usuarios, especialmente los fabricantes de automóviles, demandaban. Flexibilidad y adaptabilidad son características que los usuarios de robots industriales nunca han dejado de pedir, y en 1991 ABB atendió estas peticiones en un grado superlativo con el IRB 6000 de 150 kg de capacidad para trabajos pesados 5 . Previsto inicialmente para la soldadura por puntos y la manipulación de grandes componentes, el IRB 6000 tenía una estructura modular, con una gama de módulos de base, brazo y muñeca que permitía optimizarlo para las necesidades de cada usuario. El IRB 6000 era también muy competitivo en costes por su escueto diseño, con un 60 % menos componentes que el IRB 90. Fue el robot de soldadura por puntos de más éxito de ABB, que tuvo muchos pedidos

importantes de varios robots por parte de los principales fabricantes de automóviles. En 2007 se presentó el IRB 6620. Este robot especial para la soldadura por puntos, es ligero y compacto; es tan pequeño que dos unidades ocupan el mismo espacio que una sola de su modelo predecesor, el IRB 6600 [3, 4]. El IRB 6620 tiene una capacidad de 150 kg y un robusto diseño de muñeca capaz de manipular las típicas pistolas de soldadura por puntos con transformador incorporado. La brida de montaje de herramientas cumple las normas ISO para 200 kg. El robot viene equipado con un paquete de revestimiento especialmente diseñado para la soldadura por puntos. El robot es más fácil de instalar, tiene un coste de inversión menor y puede realizar una gama amplia de trabajos. El concepto de robot especializado está empezando a tomar cuerpo, pues ofrece mayor flexibilidad y soluciones más económicas a la industria. ABB sigue desarrollando su gama de “robots de potencia” basada en una plataforma común de diseño, y ha añadido recientemente una variante de montaje en balda (el IRB 6650S), versiones de capacidad ampliada hasta 235 kg y robots IRB 6600 especializados en asistencia a las prensas y premecanización 6 . Robots de alta velocidad

Aunque el brazo antropomorfo ha dominado la escena durante más de 30 años, hay algunas aplicaciones de montaje de pequeños componentes y selección de productos a gran velocidad en las que este diseño tiene limitaciones, por lo que han aparecido otras configuraciones. Uno de los diseños de más éxito fue el SCARA (brazo robótico de montaje de cumplimiento selectivo), desarrollado por el profesor Hiroshi Makino de la Universidad de Yamanashi y lanzado comercialmente por varios fabricantes japoneses de robots en 1981. ASEA presentó en 1987 su propio SCARA, el IRB 300. En 1984, ASEA desarrolló el que se consideró robot de montaje más rápido del mundo, el IRB 1000, de configuración de “péndulo”, con el brazo suspendido de un pivote. Las masas móviles del brazo estaban concentradas en el pivote para minimizar los momentos de inercia; de este modo se lograron aceleraciones de 2 G en una envolvente de trabajo Revista ABB 2/2008

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mayor que la que podía cubrirse con un SCARA. Pero ni siquiera estos robots eran suficientemente rápidos para las operaciones de selección en línea propias de los sectores electrónico y alimentario. Para satisfacer esta demanda, ABB presentó en 1998 el robot IRB 340 FlexPicker. Basado en el robot Delta concebido por el profesor Raymond Clavel de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza, el FlexPicker alcanza una aceleración de 10 G y es capaz de ejecutar ciclos de trabajo de 150 selecciones por minuto, igualando así a los operarios humanos tanto en velocidad como en versatilidad en la manipulación de objetos pequeños, como componentes electrónicos o bombones de chocolate 7 . Se ha dedicado mucho esfuerzo de investigación y desarrollo al perfeccionamiento del FlexPicker, y en 2008 ABB presentará el primer robot clasificador de alta velocidad de segunda generación del mundo: el IRB 360. El nuevo robot tiene más capacidad de carga y ocupa menos espacio y, con el software PickMaster y el controlador robótico IRC 5, el nuevo sistema de robotizado mejorará aún más la productividad y la flexibilidad en operaciones de envasado. Avances en sistemas de control

Mientras que la corriente dominante de la cinemática robótica ha seguido una vía evolutiva, los sistemas de control, las interfaces de operador, incluidas las interfaces hombre-máquina (HMI), y el software han cambiado hasta hacerse irreconocibles. El sistema de control para el IRB 6 desarrollado en 1974, que más tarde se llamaría S1 y era muy avanzado para su época, tenía solamente un microprocesador Intel 8008 de 8 bits, una HMI con un lector LED de cuatro dígitos y 12 botones y un software muy rudimentario para interpolación de ejes y control de movimientos. El robot precisaba de conocimientos especializados para programarlo y hacerlo funcionar. El primer avance en la configuración y programación llegó con el S2, que se presentó en 1981. Basado en dos microprocesadores Motorola 68000, la HMI o “palanca de enseñanza” del S2 incorporaba un joystick para mover y situar de forma intuitiva los ejes del robot. También se presentó el concepto de punto central de herramienta (TCP) y un nuevo lenguaje de programación, el ARLA (lenRevista ABB 2/2008

guaje de programación de robots de ASEA). Estas características facilitaron y agilizaron la programación y configuración, tanto a los usuarios de robots expertos como a los principiantes. Otro nuevo software para el S2 era un software de proceso limitado, como funciones de soldadura al arco y temporizadores de soldadura incorporados para soldadura por puntos, así como un modelo cinemático del brazo de robot. La última modificación del IRB 6000 permitió al robot obtener un nivel de prestaciones no limitadas por la rigidez física de su estructura, y fue el primer paso de ABB por el camino de los modelos dinámicos y cinemáticos completos que están presentes en los productos de hoy en día. La unidad de control del S3 presentada en 1986 se diferenciaba del S2 principalmente por el cambio a motores de CA, como en la serie IRB 2000. El siguiente cambio importante vino con el S4 de 1992, que muchos en ABB consideraron un avance tan sustancial como el IRB 6 y el S1. Más de 150 años-hombre se emplearon en el desarrollo del multimicroprocesador S4, que podía controlar seis ejes externos, todos los parámetros de soldadura y los seis ejes del robot. El controlador S4 estaba diseñado para mejorar dos aspectos de importancia esencial para el usuario: la interfaz hombre-máquina y las prestaciones técnicas del robot. Un aspecto vital para el primero de esos aspectos fue el mando de enseñanza de estilo Windows. Era el mismo entorno familiar que se utiliza en los ordenadores personales, con menús desplegables y cuadros de diálogo, por lo que la configuración y el funcionamiento del robot se simplificaron. Al mismo tiempo, se facilitó la programación mediante un lenguaje de programación nuevo, multinivel y abierto, el RAPID, con la flexibilidad necesaria para desarrollar o adaptar funciones a la medida de las necesidades particulares de cada usuario.

función en la que se determina la máxima aceleración en cualquier movimiento y se utiliza al menos en un eje para alcanzar la posición final en el menor tiempo posible. Así se reduce al mínimo la duración del ciclo, que no depende únicamente de las velocidades de los ejes. Otra característica derivada de la modelización dinámica es la desviación mínima respecto a la trayectoria programada, que se aplica en TrueMove. Esta función garantiza que la ruta de movimiento seguida es la misma con independencia de la velocidad y ahorra la necesidad de ajustar la trayectoria cuando los parámetros de velocidad se ajustan en línea. Pero una vez más ABB no se ha dormido en los laureles y ha seguido desarrollando y mejorando sus tecnologías de control del movimiento. Los usuarios de robots de ABB pueden beneficiarse ahora de ciclos aún más rápidos y de una mayor precisión con la introducción de 6

Sujeción de una pistola de soldadura por puntos.

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El FlexPicker en acción

Modelización dinámica

El concepto que empleó ABB para mejorar las prestaciones del robot con el S4 fue el “control de movimiento” con funciones inteligentes de software, en lugar de limitarse a aumentar las prestaciones mecánicas. La base de este control de movimiento es un modelo dinámico completo del robot que se realiza con el S4 y que es la base de QuickMove, una 59

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la nueva generación de tecnologías de control del movimiento de ABB. Las versiones de segunda generación de las tecnologías QuickMove y TrueMove de ABB ayudan a los usuarios a aumentar hasta un 50 % el rendimiento de trayectoria y a reducir en un 20 % la duración de los ciclos sin poner en peligro la calidad. Con unos algoritmos de control mejorados, QuickMove y TrueMove ofrecen aún más precisión a velocidades elevadas. Los robots de ABB pueden mejorar ahora las duraciones de ciclo de sus competidores hasta en un 30 %. FlexFinishing y control de fuerza

Otro avance reciente en aplicaciones de robótica es el desarrollo por parte de ABB de un sistema FlexFinishing que presenta FC (control de fuerza) de mecanización RobotWare para operaciones delicadas, en especial para rectificado, desbarbado y pulido de piezas de fundición [5]. La nueva y exclusiva aplicación robótica presentada en 2007 combina cinco elementos innovadores: Empleo del último controlador de robots de ABB, el IRC 5, con su interfaz de sensores de alta velocidad; Un entorno de programación que permite que el robot encuentre por sí solo la trayectoria óptima; Un bucle de realimentación que controla la presión de la herramienta; Un bucle de realimentación que ajusta la velocidad de la herramienta; y Una oferta de producto fácil de usar y preadaptada. La aplicación permite una programación sencilla y eficaz en la que el sensor de fuerza se utiliza para definir la trayectoria del robot. El operario simplemente mueve el robot con la mano para mostrarle la trayectoria aproximada. El robot sigue automáticamente la pieza, registrando la trayectoria exacta y generando

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un programa de robot. La aplicación incluye procesado avanzado de señales de sensores, matemáticas, solución lógica y una interfaz gráfica de usuario para la programación sobre la marcha rápida, intuitiva y precisa. Este enfoque innovador no sólo mejora la calidad de los componentes terminados, sino que además reduce el tiempo total de programación hasta en un 80 %, acorta el ciclo del robot en un 20 % y prolonga la vida útil de las herramientas de rectificado en un 20 %. Seguridad de los robots de última generación

Para garantizar la seguridad de las personas que trabajan con robots industriales, los seres humanos y los robots estaban separados tradicionalmente por vallas, y era necesario disponer de un costoso equipo de seguridad [6]. En 2007, ABB hizo posible sustituir este costoso equipo de seguridad con SafeMove, una tecnología electrónica de seguridad de movimientos independiente, compacta, eficaz y reconfigurable. SafeMove es un ordenador independiente alojado en el armario del controlador del robot industrial de quinta generación de ABB, el IRC 5, y permite la vigilancia fiable y tolerante al error de la velocidad y posición del robot y la detección de toda desviación de la norma no deseada o sospechosa. Si se detecta un riesgo, SafeMove ejecuta una parada de emergencia y detiene el robot en una fracción de segundo. SafeMove ofrece funciones como cambios electrónicos de posición, zonas programables seguras, límites seguros de velocidad, posiciones seguras de parada y prueba de frenado

automático, que permite configuraciones de seguridad más flexibles. Resultado: los robots y los seres humanos pueden colaborar y trabajar codo con codo de forma segura y eficaz. Control coordinado multirrobot

En 2004, ABB consiguió un avance espectacular en control de robots cuando presentó su sistema de control IRC5 de quinta generación. Una característica sobresaliente del IRC5 es su capacidad para controlar simultáneamente hasta cuatro robots ABB, además de posicionadores de trabajo y otros servomecanismos con un total de 36 ejes, plenamente coordinados mediante una nueva función llamada MultiMove. Al controlar hasta cuatro robots desde un único controlador se reducen al mínimo los costes de instalación y se obtienen ventajas de calidad y productividad. También abre el camino a aplicaciones completamente nuevas: dos robots de soldadura al arco pueden funcionar en tándem en la misma pieza de trabajo e incluso aportar calor y eliminar la distorsión debida a la contracción al enfriarse; varios robots pueden trabajar conjuntamente en una única pieza frágil para evitar que se curve, y dos o más robots pueden elevar una carga mayor de la que puede elevar uno solo. Buscando una solución sencilla para el control de robots, ABB desarrolló un concepto modular para el IRC 5 8 , en el que las funciones estaban divididas de forma lógica en módulos de control, accionamiento de los ejes y proceso, alojados en armarios estándar similares. Se pueden apilar, poner uno al lado de otro o distribuirlos a una distancia de hasta 75 m. La conexión de dos cables entre módulos hace la instalación aún más sencilla: un cable lleva comunicaciones de seguridad, y el otro comunicaciones Ethernet. La disposición modular

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significa también que el sistema se puede especificar de forma económica para satisfacer las necesidades inmediatas y exactas del cliente, pero se puede ampliar fácilmente para necesidades futuras. En 2007 se amplió aún más la modularidad del controlador de robots mediante la introducción de la variante de montaje en panel. La nueva versión se entrega en forma de chasis para montarla en el panel de control del usuario o del fabricante de la máquina. Esta configuración hace más fácil satisfacer necesidades especiales, como sistemas higiénicos con recintos de acero inoxidable y sistemas que pueden soportar la limpieza por lavado. Los nuevos modelos, que proporcionan todas las funcionalidades de los actuales controladores completamente cerrados, tienen una profundidad de sólo 250 mm y ahorran así espacio y energía. Interfaz de operador inteligente

Pese a su complejidad, la configuración y el funcionamiento de una célula multirrobot con movimientos totalmente coordinados se hicieron más sencillos con FlexPendant, la primera unidad de interfaz abierta robot-operario del mundo, desarrollada para el IRC 51). La palanca de mando, que se mantiene, no sirve sólo para mover cada robot, sino también para manipular los cuatro como una única entidad sincronizada, una función exclusiva de ABB. FlexPendant tiene su propia capacidad de cálculo con arquitectura de ordenador de sistema abierto. Marca nuevos 8

El controlador modular IRC 5 es capaz de controlar aplicaciones con varios robots.

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niveles en facilidad de uso y flexibilidad de funcionamiento, con una pantalla táctil a todo color en la que se presentan páginas accesibles mediante menús del estilo de Windows. Hay páginas con iconos y gráficos familiares para distintos niveles de usuario, y se pueden crear otros nuevos para satisfacer las necesidades y aplicaciones del usuario. FlexPendant simplifica todos los aspectos del funcionamiento de las células de robots desde la configuración y la carga del programa hasta la creación de informes y el mantenimiento, pasando por el desarrollo del proceso y el funcionamiento de la célula. Tecnología de robot virtual

En 1994, cuando ABB presentó el controlador S4, presentó también la tecnología Virtual RobotTM , un concepto exclusivo en el que la simulación de un sistema de robótica en un ordenador utiliza un código similar al que acciona el robot real. En 2004 se lanzó al mercado el Virtual RobotTM de segunda generación junto con el IRC 5. En esta versión se simulan aún más códigos de controlador, por lo que hay total transparencia entre el controlador virtual y el controlador real IRC 5. En consecuencia, los programas desarrollados fuera de línea son precisos y funcionan “siempre a la primera”, ayudando a reducir los tiempos de espera y los costes de configuración. Con esta tecnología como eje central, ABB presentó RobotStudio para lograr una auténtica programación y personalización fuera de línea. RobotStudio utiliza tecnología Visual Studio Tools for Applications®, que se utiliza junto con los controles reales de software del sis9

tema robótico para la simulación de robots. De esta forma, ABB reduce el riesgo visualizando, simulando y probando soluciones robóticas sin interrumpir la producción. La optimización de los programas robóticos aumenta la productividad y mejora la calidad de los componentes y de la producción, haciendo así máxima la rentabilidad de los sistemas robóticos. Células de fabricación normalizadas

Respondiendo a la demanda de los fabricantes de más opciones y menores costes de producción, ABB desarrolló FlexLean, una solución que hace que las células de robots sean más adaptables, más fáciles de instalar y ocupen menos espacio [7]. FlexLean, presentado en 2006, se basa en el principio “FlexiBase”, que ofrece una célula de robot modular y compacta en la que los robots, controladores y cableado están preinstalados en una plataforma. FlexLean parte de la constatación de que las soluciones personalizadas, las especificaciones técnicas múltiples y el software de encargo son causas destacadas de las incertidumbres de costes y técnica. FlexLean ofrece a la industria de la automoción células de montaje geométricas y de repaso o respot2) con varias configuraciones predefinidas y una amplia gama de productos de robóNotas a pie de página 1)

Véase también Brorsson, I., Sjöberg, R., Liberg, A. “Robótica do-it-yourself”. Revista ABB 2/2006, páginas 58–61.

2)

Se llama “respot” a la aplicación de la soldadura final después de haber aplicado algunas soldaduras iniciales necesarias para mantener las piezas unidas en la posición correcta.

Una celda FlexArc® con dos robots trabajando conjuntamente

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tica. El resultado de la tecnología y la normalización de los robots es una célula de producción tan eficaz en cuanto al coste que puede competir con el trabajo manual en países de bajos costes laborales. Otra incorporación a la gama de células normalizadas es FlexArc®, un paquete completo de soldadura al arco 9 . Incluye todos los componentes necesarios para la soldadura robótica al arco: los robots, el sistema de control de robots IRC 5 que admite la coordinación de varios robots, los posicionadores y los equipos de soldadura. Los clientes pueden elegir entre distintas soluciones de producción con un robot o con varios. Todos los cables internos vienen de fábrica dirigidos y conectados. Todos los componentes de las células también están montados en una base común, lo que ahorra la necesidad de trabajo de hacer trabajos de ingeniería en la planta. El software se ha preconfigurado para facilitar la configuración y el funcionamiento. El cliente sólo tiene que desenvolver el paquete, colocar la celda en la posición deseada, conectar el cable de alimentación, el aire comprimido y el gas de protección, programar el robot (o descargar un programa desde RobotStudio, que es el sistema de programación fuera de línea de ABB) y empezar a producir. Como solución completa que es, una célula FlexArc® se puede trasladar dentro del centro de producción o incluso a otro. Ello permite a los ingenieros diseñar distribuciones de fábrica muy flexibles que satisfacen la actual demanda de cambios rápidos de configuración. Servicio técnico a distancia

Con una base de más de 160.000 robots ABB instalados, la disminución del rendimiento o los problemas con los robots pueden influir sustancialmente en la producción [8]. Cuando un ingeniero de asistencia técnica tiene que desplazarse al lugar de instalación del robot para evaluar el problema, se pierde tiempo y dinero. Pero con las tecnologías de servicio a distancia de ABB, desarrolladas en 2007, se reducen sustancialmente los 62

controlado por microprocesador, la robótica industrial ha avanzado más allá de toda previsión. ABB ha seguido con sus desarrollos de vanguardia, que han culminado con la completa gama actual de robots industriales, controladores de robots y software. En los treinta y tantos años transcurridos, la precisión de posicionamiento ha mejorado desde 1 mm hasta 10 micras, las interfaces de usuario desde una lectura de LED de 4 dígitos hasta una pantalla táctil completa tipo Windows, y la potencia de cálculo desde 8 kB hasta 20 GB o más. Al mismo tiempo, la fiabilidad ha aumentado hasta 80.000 horas de MTBF (tiempo medio entre fallos), y los costes se han reducido hasta el extremo de que ahora un robot cuesta, en términos reales, la mitad que hace sólo 15 años. El mundo del robot industrial ha llegado muy lejos desde sus primeros pasos. tiempos de parada de los equipos y el trabajo de mantenimiento en la planta. La tecnología, englobada en el controlador del robot, lee los datos internos y los envía directamente a un centro de servicio a distancia, donde se analizan automáticamente. Al acceder a toda la información relevante sobre las condiciones del robot, el experto de apoyo puede identificar a distancia la causa del fallo y prestar un servicio rápido al usuario final para que vuelva a poner en marcha el sistema. De este modo se pueden resolver muchos problemas sin viajar y así ahorrar energía y reducir emisiones. Cuando es necesario intervenir en el lugar de la instalación, la resolución es rápida y mínima y cuenta con el apoyo del sistema de diagnóstico a distancia. El análisis automático no sólo emite una alerta cuando se produce un fallo en el robot, sino que además predice cualquier dificultad que pudiera presentarse en el futuro. En cualquier momento y desde cualquier lugar, un usuario puede verificar el estado de los robots y acceder a información importante de mantenimiento sobre el sistema de robots conectándose a la página web MyRobot de ABB. Desde que ASEA presentó en 1974 su primer robot completamente eléctrico

Este artículo es una adaptación de “Treinta años de robótica”, informe especial sobre robótica de la revista ABB (2005).

David Marshall Robótica de ABB Milton Keynes, Reino Unido [email protected] Christina Bredin Robótica de ABB Västerås, Suecia [email protected] Referencias [1] Yoshida, O. “Más colores, menos pérdidas”. Revista ABB 1/2006, páginas 43–46. [2] Labourdette, H. “Más productividad, menos polución”. Revista ABB 2/2007, páginas 58–61. [3] Svanström, O. “Especialistas en robótica”. Revista ABB 3/2007, páginas 65–67. [4] Dunberg, K. “Operaciones especializadas de soldadura”. Revista ABB 3/2007, páginas 63–64. [5] Fixell, P., Groth, T., Isaksson, M., y otros. “Un movimiento que acaricia”. Revista ABB 4/2007, páginas 22–25. [6] Kock, S., Bredahl, J., Eriksson, P. J., y otros. “SaveMove”. Revista ABB 4/2006, páginas 11–14. [7] Negre, B., Legeleux, F. “FlexLean”. Revista ABB 4/2006, páginas 6–10. [8] Blanc, D., Schroeder, J. “Prosperidad para su línea de beneficio”. Revista ABB 4/2007, páginas 42–44.

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Electrónica de potencia

Desde las diminutas cámaras electrónicas a los potentes calentadores, la mayoría de los dispositivos eléctricos de nuestros hogares tienen una inscripción en alguna parte en la que se especifica el tipo de alimentación eléctrica, en voltios y hercios, para la que están concebidos. Sin embargo, es habitual que los usuarios empleen el cargador o el cable que se suministra con el producto y confíen en que el tipo de corriente que ofrece es el correcto. Tal vez hasta que no necesitan un segundo cargador para un teléfono o un ordenador portátil no verifican estos detalles. Pues bien, al igual que estos dispositivos cotidianos necesitan la alimentación correcta para su perfecto funcionamiento, también la necesitan las instalaciones eléctricas de todos los sectores industriales y todas las redes de transmisión y distribución. La electricidad se suministra y se utiliza en una amplia gama de tensiones y frecuencias distintas, y estos parámetros se combinan de diversa manera según las diferentes aplicaciones. Muchas de las tecnologías de ABB están diseñadas para transformar o controlar la electricidad de modo que permita el funcionamiento óptimo de tales aplicaciones. Los accionamientos

de velocidad variable, por ejemplo, deben transformar una frecuencia fija de entrada en una amplia gama de frecuencias en variación constante. Los sistemas HVDC de transmisión masiva de electricidad deben mantener una tensión fija de CC, pero variar la corriente y su dirección. La capacidad para realizar tales conversiones exige una tecnología sumamente flexible y controlable que produzca pocas pérdidas. En un convertidor electrónico de potencia hay unidades de estado sólido que conmutan la corriente a velocidades muy elevadas para modular la forma de onda precisa. Los avances en las tensiones y corrientes que pueden soportar los semiconductores y en la capacidad para controlarlas abren sin cesar nuevas aplicaciones para estos dispositivos. ABB se dedica a prácticamente todos los aspectos de la electrónica de potencia, desde el desarrollo y la fabricación de los semiconductores, a convertidores y accionamientos o aplicaciones de control de redes y especiales para el cliente. El próximo número de la Revista ABB examinará algunas de las actividades de ABB en este ámbito.

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