4/2007

La revista técnica corporativa del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

Revista ABB

Pioneering spirits

A revolution in high dc current measurement

page 6

Team-mates: MultiMove functionality heralds a new era in robot applications

page 26

Best innovations 2004page 43

a

Un mundo de innovación

Lo más destacado en innovación de 2007página 6

Convertidores de frecuencia de cinco nivelespágina 26

La automatización de subestaciones cambia a una velocidad superior

página 38

Según una tradición popular, Cristóbal Colón puso un huevo de pie golpeándolo ligeramente contra la mesa. Suele contarse esto para ilustrar que hay soluciones prácticas a las que sólo se llega cuando un problema se aborda desde un punto de vista nuevo.

Esta forma de “pensar desde fuera del marco” (¿o del huevo?) es la esencia de la innovación. En esta edición de final del año, la Revista ABB presenta una selección de los éxitos que han surgido de los laboratorios de investigación de la empresa a lo largo de estos doce meses. ¡Bienvenidos al Mundo de la Innovación!

3Revista ABB 4/2007

Editorial

El éxito de la innovación tecnológica se basa en tres capacida-des fundamentales: saber lo que desea el cliente, proporcionar la tecnología de vanguardia que satisfaga sus necesidades y, en conjunción con él, desarrollar ideas para aplicaciones futuras.

Impulsar la innovación según estos tres criterios es una tradición centenaria en ABB, tan antigua como la propia empresa. ABB tiene una larga historia de inventores ingenio-sos que hacen avanzar la tecnología, empezando por el desa-rrollo de generadores hace 100 años, seguido de la distribu-ción y el transporte en CC de alta tensión y la tecnología de motores en la década de 1950, y, a partir de la década de 1970, las tecnologías de control y automatización con el boom informático.

Debido a que los avances significativos van acompañados de una interacción entre áreas que no guardan una relación evidente, la amplia base tecnológica de ABB en energía y automatización es un terreno abonado perfecto para fomentar una innovación en toda su plenitud. Nuestros siete programas de investigación cubren todo el espectro tecnológico de la empresa y las tecnologías que abarcan se utilizan en todas las divisiones.

En este número de la Revista ABB le invitamos a que conozca los pasos innovadores emprendidos en 2007. Los ejemplos que hemos seleccionado son sólo una muestra de todas nuestras aplicaciones comerciales.

La consiguiente aplicación de las tecnologías de la informa-ción y la comunicación en un área tradicional de componen-tes de “hardware”, como los interruptores automáticos y otros equipos de subestación, son un ejemplo destacado de la fu-sión de conocimientos técnicos de disciplinas muy diferentes. Con nuestras herramientas innovadoras de diseño, ingeniería y pruebas, hemos incorporado a las subestaciones un nivel nuevo de mayores servicios y prestaciones de ingeniería basado en la norma IEC 61850. Los clientes se benefician de una entrega más rápida y de una flexibilidad operativa mayor, así como de una mayor facilidad para la interoperabilidad.

Hemos aplicado el conocimiento técnico de la transferencia de calor con tubos de calor al interruptor automático para gene-radores, el tipo de interruptor que ostenta el récord mundial en capacidad de protección, y hemos ampliado su campo de aplicación en un 20 %: un impresionante avance en un campo tecnológico que se considera generalmente como maduro.

Los efectos indirectos entre las industrias también son agentes estimulantes de la innovación. Con la aplicación para las centrales eléctricas de servicio público de un control predictivo de modelo multivariable, que está bien introducido en el

mundo petroquímico, hemos hecho grandes progresos en el aumento de rendimiento y en la reducción de emisiones.El transporte de la energía eléctrica con corriente continua es una tecnología cuya capacidad para responder a desafíos globales cada vez es más reconocida. El ahorro de energía en las líneas de transmisión de gran longitud es un aspecto acuciante en China y en otros países con grandes necesidades de energía y grandes distancias entre los puntos de produc-ción de energía y los grandes centros urbanos de consumo. Ahora se dispone de niveles de tensión de hasta 800 kV de CC para transportar varios gigavatios de potencia.

El servicio a distancia es otro campo de innovación que pro-porciona una elevada satisfacción al cliente. En este respecto, la aplicación eficaz de tecnologías de la información y la co-municación es decisiva y nos sentimos orgullosos de haber sido los primeros en dar pasos importantes en el servicio a distancia para casi todas nuestras aplicaciones comerciales.Si bien incluso un niño de tres años tiene la agilidad mental suficiente para unir las piezas de un rompecabezas, los robots, aunque admitamos que son máquinas fuertes y potentes, han tenido dificultades durante mucho tiempo para realizar tareas de ese tipo. Ahora, con la ayuda del control de fuerza, pueden trabajar con la precisión de un relojero e incluso desarrollar “sensibilidad” para movimientos delicados de motricidad de precisión. Este control de fuerza abre muchas nuevas aplica-ciones para robots en toda la industria con considerables aho-rros y mejoras de calidad para el cliente.

Nuestro continuo aporte de innovaciones es el resultado obte-nido por miles de técnicos e investigadores ingeniosos que participan en los equipos de investigación y desarrollo de ABB de todo el mundo. Estos innovadores estudian los problemas y las necesidades de los clientes y, como partes de un equipo global, aplican sus capacidades multidisciplinares a la creación de soluciones, ayudando a los clientes a descubrir nuevas oportunidades en sus propios procesos de innovación.

Esta potente dinámica de innovación es una virtud tradicional de ABB. También es una tradición de la Revista ABB que, en el número de final del año, presente las innovaciones de las que estamos especialmente orgullosos. Confiamos en que aprecien el espíritu pionero que ha impulsado a las personas que están detrás de estas innovaciones y que se sientan a su vez inspirados por ese mismo espíritu.

Que disfruten de su lectura.

Peter TerwieschDirector general de tecnologíaABB Ltd.

Agradecidos a la tradición de la innovación

4 Revista ABB 4/2007

Revista ABB 4/2007Lo más destacado en innovación

Contenidos

Lo más destacado en innovación

6Un próspero 2007La Revista ABB destaca once grandes innovaciones del año.

Innovaciones de productos

12Mejoras en el procesamiento de señales¿Hay algo más que la primera impresión? Instrumentos mejorados que leen entre líneas las mediciones.

18Un rendimiento superiorDel sueño a la realidad: la refrigeración por conducto de calor mejora la capacidad de los interruptores.

22Un movimiento que acariciaEs posible que los robots sean buenos para realizar tra-bajos pesados y repetitivos, pero cuando se trata de ese último toque especial, no hay nada como… un robot.

26Un mayor nivel de eficacia¿Qué sube cuando las cosas adquieren un nivel supe-rior? La eficiencia energética recibe un empujón con la llegada de los inversores a la tecnología de cinco niveles.

32Un salto en la integraciónConozca el interruptor de CC con un avanzado control integrado y descubra por qué ha llegado el momento de conceder un descanso a las conexiones.

Innovación de procesos

38Velocidad y calidadAprovechamiento máximo de la norma IEC 61850: ABB fabrica una potente herramienta de ingeniería de automatización de subestaciones.

42Prosperidad para su línea de beneficioPiense por un momento en todos los fallos que no van a tener lugar porque ABB está supervisando el pulso de su planta.

45Transformación sobre el terrenoCuando es preciso reparar un transformador, ya no es necesario llevarlo a la fábrica. TrafoSiteRepair™ lleva la fábrica al transformador.

49Integración garantizadaLa ausencia de una plataforma común para la tecnología analítica de procesos es un trago amargo para la indus-tria farmacéutica. ABB ofrece un medicamento más dul-ce.

53Más eficiencia, menos emisionesCuantas más variables hay, menos variación se produce. Infórmese de por qué y de cómo puede esto mejorar la rentabilidad de la planta.

Revista ABB 4/2007

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I+D

58Barcos verdes en alta marLas turbinas de potencia hechas a medida con tecnolo-gía de turbocompresión están reduciendo los costes, el combustible y las emisiones.

62El vínculo más fuerteCómo consigue ABB evitar los apagones debidos a las fundiciones de aluminio en las centrales.

66 Más músculo, menos desperdicioEn forma, sin grasa: el programa de entrenamiento ga-rantiza que la central no malgastará ese bien tan valioso que es la energía.

70Detección inalámbricaSin cables: conozca el detector de movimiento diseñado para el confort.

Eternos pioneros

74Cien añosDe una caldera de vapor a una empresa que mueve miles de millones de dólares: ABB celebra un siglo de presencia en China.

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6 Revista ABB 4/2007

El tratamiento de señal da un gran impulso a la instrumentaciónPara el funcionamiento eficiente de una planta de procesos es indispen-sable la integridad y la fiabilidad de la instrumentación. Al mismo tiempo, estos equipos deben ser fáciles de instalar y exigir poco mantenimiento. ABB presenta un caudalímetro que se autocalibra, un transmisor de presión que sabe cuándo está conectado y unos sistemas de transmisión inalámbrica para los dispositivos de comunicaciones.

Se han rediseñado los circuitos de la gama WaterMaster de caudalíme-

tros. Ahora incluyen una función inte-grada de autocalibración, que no sólo reduce la necesidad de la supervisión humana, sino que también garantiza una precisión constante. Debido a la reducción de la cantidad de compo-nentes que influyen en la precisión (de unos diez a una sola resistencia), el comportamiento dinámico general del dispositivo ante los cambios de temperatura se ha hecho más fácil de manejar.

ABB ha utilizado una innovación diferente para mejorar un medidor de presión diferencial. Ya que las conduc-ciones que van al medidor se pueden obturar (bloquear) fácilmente, son precisas inspecciones frecuentes que lo detecten ya que desde la sala de control no es fácil hacerlo… al menos, así sucedía hasta ahora. La solución de ABB se basa en la observación del ruido del proceso o de las rápidas fluctuaciones en los parámetros que normalmente no interesan en la medición. ABB utiliza actualmente un análisis automático de este ruido para comprobar la existencia de conducciones obturadas.

La instrumentación requiere tradicio-nalmente una gran cantidad de co-nexiones. Esto no sólo aumenta los

costes de instalación, sino que también constituye una fuente potencial de errores y limita la flexibilidad cuando hay que hacer cambios. Por eso es cada vez mayor el interés en la comu-nicación inalámbrica en la instrumenta-ción. Al igual que el protocolo “field-bus” alámbrico permite en la actuali-dad combinar dispositivos de distintos fabricantes, pronto habrá un sistema inalámbrico que permitirá hacer lo mismo con productos de estas caracte-rísticas. ABB está trabajando con otros fabricantes destacados de instrumentos en la implantación de dos normas emergentes: HART 7 e ISA SP100.

Para más información y antecedentes sobre estas in-

novaciones en instrumentación, véase “Mejoras en el

procesamiento de señales” en la página 12 de este

número de la Revista ABB.

Un próspero 200720072007

En los laboratorios de todo el mundo, los científicos e ingenieros de ABB dedican muchos esfuerzos a buscar una forma de crear productos nuevos, mejorar los ya existentes o encontrar nuevas aplicaciones para los ya bien probados. En resumen, mantienen la tradición de ABB de abrir camino e innovar, y sientan las bases para los éxitos del mañana.

Este artículo hace un rápido repaso de algunos de los logros de ABB durante el año pasado en el campo de la innovación. Estos temas se tratan con más extensión en este número (o algún otro reciente) de la Revista ABB.

7Revista ABB 4/2007

Un próspero 2007

Una nueva herra-mienta hace avanzar la automatización de subestacionesLa norma IEC 61850 para automatiza-

ción de subestaciones constituyó un

avance importante en la tecnología

eléctrica, permitiendo la aplicación de

la más avanzada tecnología de la infor-

mación y las comunicaciones. Y ahora,

los técnicos pueden sacar partido

de la tecnología con el nuevo entorno

de ingeniería de subestaciones de ABB.

En este nuevo entorno, los disposi-tivos de una subestación se pue-

den comunicar y proporcionar un ex-tenso conjunto de datos que describan

y controlen el funcionamiento de una subestación. Los ingenieros llegan a controlar la enorme cantidad de datos a lo largo de toda la fase del proyecto de la subestación. Se puede probar

completamente el sistema de automa-tización y cada una de las funciones antes de que comience el funciona-miento real en las instalaciones.La nueva herramienta de ABB acelera los procesos de ingeniería y pruebas, lo que se traduce en una entrega más rápida de subestaciones ya probadas. Con su mayor fiabilidad y su capacidad de entrada en servicio a partir de su conexión (“enchufar y utilizar”), el sistema acorta las fases de puesta en servicio prolongadas. Los tiempos de inmovilización se ven reducidos gracias a las posibilidades de reunir las pruebas dentro del entorno virtual de ingeniería, permitiendo un funcionamiento sin solución de continuidad cuando se precise una remodelación o un mante-nimiento.

Para más información sobre el nuevo entorno técnico

de subestaciones de ABB, véase “Velocidad y cali-

dad” en la página 38 de este número de la revista.

Refrigeración silenciosa

La avanzada refrigeración por tubo de calor responde a la demanda de interruptores automáticos más ligeros y robustos, y, lo que es más importan-te, aumenta el rendimiento en más de un 25 %.

Las intensidades nominales en los grandes interruptores producen

una enorme cantidad de calor, que

estos métodos limitan igualmente la capacidad de la intensidad nominal. Para aumentar aún más esta intensidad, al tiempo que se satisface la creciente demanda en el mercado de productos más robustos y potentes, ABB ha desa-rrollado un innovador método de refri-geración basado en el concepto de refrigeración por tubo de calor. El siste-ma de ABB está formado por tres com-ponentes principales: una sección de evaporador que está unida al conductor del GCB (que es en la práctica la fuente de calor), una sección de transferencia y una sección de condensador (o sumi-dero de calor) situada en la proximidad del radiador en el exterior de la caja. Esta solución no necesita electricidad para funcionar, requiere poco manteni-miento y es tremendamente silenciosa. Ahora bien, su principal ventaja es la ampliación de la intensidad nominal del interruptor del generador de 18.000 a 23.000 A.

En la página 18 de este número de la Revista ABB

hay un artículo más detallado sobre la cuestión:

“Un rendimiento superior”.

debe limitarse si hay que mantener otros componentes del sistema dentro de sus tolerancias de temperatura. Ya que la refrigeración natural limita la intensidad de corriente nominal, muchos de los interruptores automáti-cos de generadores (GCB) emplean métodos de refrigeración forzada (que también son una fuente adicional de calor) para aumentar los niveles de las intensidades nominales. Sin embargo,

Thema

Themenbereich

8 Revista ABB 4/2007

Conversión de los robots de mecani-zación en herra-mientas universales

Basándose en las aplicaciones pione-ras de ABB para los robots en el montaje delicado de componentes estructuradas, ABB ha dado ahora un nuevo paso para lograr una precisión de relojería en el movimiento de los robots. El método innovador aplicado (Flex Finishing) puede reducir los tiempos totales de programación has-ta en un 80 % en los robots utilizados para rectificar fundiciones, mejorando

ampliamente los niveles de producti-vidad.

Esta nueva y exclusiva aplicación de los robots combina varios elemen-

tos innovadores utilizando el último controlador de robots de ABB (IRC5), con su interfaz de sensores de alta velo-cidad, bucles de realimentación para control de la presión y la velocidad de

la herramienta de rectificado, así como un entorno de programación que per-mite que el robot determine por sí solo el recorrido óptimo. Los robots equipa-dos con esta capacidad para aprender la forma de “sentir” y manejar las piezas reducen los tiempos de los ciclos de trabajo en un 20 %, y con este mejor control del movimiento se puede am-pliar asimismo la vida de las herramien-tas de rectificado en un 20 %.

Las operaciones de acabado del pro-ducto en los talleres de fundición son ahora mucho más sencillas, lo que per-mite que se consigan productos colados terminados con una calidad mucho ma-yor, con más rapidez y a menor coste.

Encontrará más información en “Un movimiento

que acaricia”, en la página 22 de este número de la

Revista ABB.

Un próspero 2007

Convertidores de frecuencia que aho-rran grandes canti-dades de energíaLos convertidores de frecuencia de cinco niveles de ABB permiten impor-tantes ahorros de energía al rebajar la barrera que dificulta la adopción de electrónica de potencia en el control de motores.

Los motores consumen aproximada-mente el 30 % de toda la energía

eléctrica mundial. Así pues, cualquier mejora de rendimiento en este sector supondrá un gran beneficio en las re-servas menguantes de energía del pla-neta y en el frágil medio ambiente. Cer-ca de las tres cuartas partes de los mo-tores están asignados a aplicaciones de velocidad variable, un sector en el que los métodos clásicos de control despil-farran grandes cantidades de energía.Los convertidores de frecuencia pueden cambiar todo esto: son el método más rentable disponible para estas tareas de control. La adopción de estos converti-dores puede reducir las pérdidas a una fracción de su valor anterior. Solamente con el empleo en todo el mundo de

convertidores de frecuencia en las apli-caciones de media tensión se podría sustituir la potencia equivalente a 144 centrales de combustible fósil. Sin em-bargo, la tecnología no es aplicable a escala universal ya que dichos converti-dores producen “armónicos”, es decir, la forma de onda de su tensión de sali-da está lejos de ser la ideal. Esto puede producir irregularidades del par en la cadena de transmisión, calentando el motor y produciendo interferencias eléctricas en otros equipos. Asimismo, en las aplicaciones de media tensión, es difícil conseguir los niveles de tensión necesarios con las topologías clásicas

de dos y tres niveles. Para conseguir que los convertidores sean más acepta-bles, ABB está buscando formas de re-ducir los armónicos y aumentar la ten-sión de salida. Los nuevos convertido-res de cinco niveles de ABB responden a ambas demandas: producen muchos menos armónicos que sus antecesores de dos y tres niveles y permiten conse-guir mayores tensiones. Esta tecnología se está aplicando en las unidades motri-ces ACS 5000 de la empresa.

Para conocer más a fondo la historia de los converti-

dores de cinco niveles de ABB, véase “Un mayor

nivel de eficacia”, en la página 26 de este número.

Themenbereich

9Revista ABB 4/2007

Un próspero 2007

Apertura de nuevos caminos: el interruptor flexible y compacto de CC de ABB

Al instalar equipos, siempre hay dos elementos que escasean: el tiempo y el espacio. Los equipos que exigen unas conexiones complejas requieren mucho tiempo de instalación y los equipos auxiliares a los que deben conectarse precisan mucho espacio. El interruptor de CC SACE Emax DC de ABB resuelve ambos aspectos gracias a sus niveles sin precedentes de funcionalidad integrada.

Hasta ahora, las aplicaciones de interruptores de CC se podían

dividir en dos categorías: los que se disparaban automáticamente y los que

precisaban un impulso exterior. El tipo automático era de construcción relati-vamente sencilla y sólo podía ofrecer protección frente a cortocircuitos por autodisparo. Cuando se requería un disparo más complejo, era preciso instalar equipos de vigilancia y control en un panel exterior.

¿Qué pasaría si toda esta funcionalidad se integrara en el propio interruptor? Esto no sólo simplificaría mucho la instalación, sino que ahorraría en conexiones, alimentación auxiliar y valioso espacio, mejorando al tiempo la robustez y la fiabilidad. En el campo de los interruptores de CA, esas solu-ciones integradas estaban ya disponi-bles desde hace algún tiempo. Pero en las aplicaciones de CC, el concepto no es tan sencillo debido a los méto-dos de medida más exigentes. ABB ha conseguido una solución innovadora y exclusiva. SACE Emax DC de ABB es el único interruptor de este tipo del mercado. Ofrece una amplia gama

de funciones de protección. Todos los sensores están totalmente integrados. Y, a pesar de ser en sí mismo casi un sistema mecatrónico, el interruptor puede trabajar sin una fuente de alimentación auxiliar.

Para más información, véase “Un salto en la

integración” en la página 32 de este número de la

Revista ABB.

Tensión ultra alta para conseguir pérdidas ultra bajas

El mercado de la energía está cam-biando rápidamente: las interconexio-nes y el comercio están creando nuevos desafíos, como el aumento de la energía eólica en zonas donde las infraestructuras son escasas. La creciente y rápida demanda en países como China está llevando a destinar enormes inversiones en infraestructu-ra de transporte de energía. ABB está en la vanguardia del desarrollo de tecnologías que respondan a estos desafíos.

Cuando es preciso transportar enormes cantidades de energía

eléctrica a gran distancia, es necesario emplear altas tensiones para que resulte eficaz. Cuanto mayor es la tensión de transmisión, menores son

causar cortes. El modo es, asimismo, inmune a los aspectos de estabilidad que limitan la capacidad de las líneas de CA muy largas. Ya que el modo está intrínsecamente más adaptado al ahorro de espacio que permiten los cables coaxiales que a la HAVC, se utiliza frecuentemente en líneas submarinas y en otros casos en los que hay que ente-rrar el cable.

Sin embargo, los sofisticados converti-dores necesarios para alimentar y ex-traer energía en las líneas HVDC signifi-can que la tecnología es más adecuada para conexiones punto a punto. Cuan-do es necesario extraer energía en un punto intermedio o incluso crear una red entera, la HVAC ofrece una ventaja práctica evidente. La solución más efi-caz para el transporte de grandes canti-dades de energía a grandes distancias suele ser una mezcla de ambas aplica-ciones: una línea HVDC con ramales HVAC.

Para más información sobre las actividades de

ABB en el transporte de ultra alta tensión, véase

Asplund, G., “Transmisión de tensión ultra alta”,

Revista ABB 2/2007, 22–27.

las pérdidas de conducción y, por tanto, se puede transportar mayor po-tencia. ABB ofrece a la vez soluciones de corriente alterna de alta tensión (HVAC) y corriente continua de alta tensión (HVDC) para la transmisión de energía eléctrica. ABB dispone de equipos para 800 kV HVDC y 1.000 kV HVAC (en vez de 600 y 800 kV, que eran las mayores tensiones utilizadas comercialmente con anterioridad). La HVDC es muy fácil de controlar y, por ejemplo, se puede usar para “inyec-tar” energía en una zona en la que los déficits en la producción amenazan con

Thema

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10 Revista ABB 4/2007

Servicio a distancia: una nueva dimensión de la atención al cliente

Las tecnologías de servicio a distan-cia ayudan a los técnicos de planta, independientemente de su localiza-ción, de diversas maneras que hace cinco años eran meros sueños. Estas tecnologías, que combinan la vigilan-cia en tiempo real del comportamien-to del producto y el sistema y la alarma automática a los técnicos de servicio, se han extendido actualmen-te a grandes partes del espectro de productos de ABB.

Al incorporar inteligencia avanzada a los productos y al usar canales se-

guros de comunicaciones en el conjun-to de los cortafuegos del cliente, ABB permite el control a distancia del estado

los ingenieros de ABB a proponer las estrategias más adecuadas para el man-tenimiento o la reparación. Un proceso de decisión más rápido y el consiguien-te servicio personalizado reduce los costes y los tiempos de inmovilización de las instalaciones del cliente.

Para más información, véase “Prosperidad para su

línea de beneficios” en la página 42 de este número

de la Revista ABB.

Un próspero 2007

TrafoSiteRepair™: sinónimo de velocidad

TrafoSiteRepair™ es una solución innovadora creada por gente innova-dora para mejorar la disponibilidad de los transformadores de potencia.

Durante mucho tiempo se ha aceptado que la

reparación, la renovación o la remodelación de transfor-madores de potencia en el lugar de instalación es el mejor método para devolver al servicio los grupos en el menor tiempo posible. Sin embargo, hasta hace poco, las reparaciones importan-tes, como la reparación o la sustitución de devanados, significaba que había que transportar el transformador a fábrica, donde se disponía del espacio y de los equipos necesarios, lo que era muy

vanguardia, e incluye procesos verifica-dos que responden a las mismas exi-gencias que los que se utilizan en el entorno de fábrica. Ciertas innovaciones han contribuido a su éxito: un Mobile High-Voltage Test System (sistema portátil de prueba de alta tensión) que sustituye el conjunto motor-generador, pesado y algo inflexible; un sistema de secado Low Frequency Heating (cale-facción de baja frecuencia) en el lugar

de instalación; y una prueba Dielectric Frequency Respon-se (respuesta de frecuencia del dieléctrico) para determi-nar el nivel de humedad restante en el aislamiento de celulosa de un transformador. TrafoSiteRepair™ ha puesto en funcionamiento de nuevo y con rapidez unos 200 gru-pos de 25 países.

Puede consultar información más

detallada en el artículo “Transformación

sobre el terreno”, en la página 45 de

este número de la Revista ABB.

de los equipos de análisis. Las señales recibidas en los centros de servicio se controlan y analizan de forma automáti-ca utilizando el conocimiento acumula-do de cientos de años-hombre de expe-riencia que ahora se guarda en grandes bases de datos de prestaciones. Median-te la comparación del rendimiento de dispositivos individuales con datos históricos de innumerables dispositivos similares a pie de obra, los sistemas basados en el conocimiento ayudan a

costoso en términos de tiempo. Trafo-SiteRepairTM de ABB cambia todo este panorama y permite la realización de grandes reparaciones en el lugar de instalación. A su vez, esto reduce el tiempo de inmovilización del trans-formador, la falta de suministro de corriente y, lo que es más importante, la pérdida de ingresos. TrafoSiteRepair™ es una combinación de años de experiencia y tecnología de

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11Revista ABB 4/2007

Un próspero 2007

Predict & Control aumenta el rendimiento de las centrales

Las tecnologías avanzadas de control de procesos, si bien muy asentadas en muchas industrias, no se han utili-zado hasta hace poco para la optimi-zación y el control de las centrales eléctricas, y los resultados son nota-bles.

El control predictivo de modelo multivariable (MPC) ofrece mejo-

res resultados que las estrategias de control tradicionales de una sola va-riable de entrada y de salida (SISO). Al hacer un uso total de la mayor potencia de los ordenadores, las soluciones basadas en MPC pueden aplicarse en grandes centrales de servicios públicos.

so, y en un menor esfuerzo térmico en el ciclo para los componentes a alta presión. Una variación reducida permite que el proceso de producción de la energía opere más cerca del punto óptimo de una central. A menu-do, este óptimo se define mediante restricciones. Al hacer mínimas las variaciones, el proceso puede mover-se más cerca de su límite sin violar dichas restricciones.

El nuevo producto de ABB, OptimizeIT Predict & Control, supera los defectos de anteriores soluciones MPC, como las limitaciones en la elección de modelos de control y confianza en las pruebas en bucle abierto.

Las centrales que han incorporado el MPC de ABB han observado reduccio-nes de NO

x de entre un 8 % y un 40 %

mientras que producen decenas más de GWh al año de energía eléctrica con el mismo consumo de combustible.

Para más información sobre Predict & Control de

ABB, véase “Más eficiencia, menos emisiones”, en

la página 53 de este número de la Revista ABB.

El objetivo principal de un control avanzado de procesos es reducir las variaciones de éstos. En las centrales eléctricas, esto se traduce en mejorar la estabilidad y la fiabilidad del proce-

Tendido de puentes

ABB es Industrial IT para la serie de soluciones de Process Analytical Technology (PAT) (Tecnología Analítica de Procesos) que proporciona venta-jas comerciales reales

Los nuevos medicamentos son la sangre que alimenta una compañía

farmacéutica. Aunque sea preciso

dedicar años para conseguir poner un medicamento en el mercado con un coste superior a 800 millones de euros, los ingresos superan con mucho a la inversión. Sin embargo, la balanza está cambiando ligeramente debido a dos factores: las empresas invierten más que antes en I+D, pero este aumento llega en un momento en el que el número real de NCE (nuevas entidades quími-cas) que se aprueba disminuye y los costes de producción aumentan. Estos costes crecientes han forzado a la

industria a considerar nuevas formas de ganar eficiencia, tanto en la creación de nuevos medicamentos como en la producción de los ya existentes. Junto con estas innovaciones, una iniciativa conocida como Tecnología Analítica de Procesos (PAT) va aumen-tando su presencia desde su aparición en 2002. Su objetivo es comprender y controlar mejor todo el proceso de fabricación farmacéutico. La tecnología del analizador está en el núcleo de la iniciativa PAT, pero la existencia de múltiples plataformas analizadoras junto con la ausencia de algún tipo de norma para el intercambio de datos ha resulta-do en “islas de PAT”. ABB ha tendido puentes entre estas islas con su serie Tecnología Analítica de Procesos Industrial IT. Se trata de una verdadera innovación que cumple muchos de los requisitos clave de una solución PAT realmente integrada.

Puede consultar información más detallada en el

artículo “Integración garantizada“, en la página 49 de

este número de la Revista ABB.

Una instrumentación fiable es un requisito previo al control eficaz de los procesos. Esos dispositi-vos no sólo deben proporcionar datos precisos y reproducibles en cualquier momento, sino también realizarlo con un mínimo de supervisión, mantenimiento y tiempo de inmovilización. Ade-más, por supuesto, deben ser fáciles de instalar.

En esta colección de historias cortas, la Revista ABB presenta tres avances importantes, cada uno en una de estas áreas. Todos ellos se basan en innovaciones en el procesamiento de señales.

12 Revista ABB 4/2007

El procesamiento de señales no es siempre el punto de partida obvio al desarrollar un nuevo producto de instrumentación. A menudo es más sencillo buscar avances en campos como la eficiencia y la robustez de la caja de los sensores o la electróni-ca, las mejoras en el uso de materia les y procesos, y la mejora en la utilidad.

Sin embargo, como los productos de instrumentación se comercializan cada vez más, el área significativa que permite diferenciar entre vendedores es el valor añadido que se pueda

conseguir del propio sistema de detección.

El proceso de definir este valor añadido se inicia con el conocimiento. Al crear un nuevo producto es funda-mental entender las necesidades del cliente y reconocer la información adicional útil que se pueda deducir de los datos medidos, lo que proporciona una visión valiosa del estado o la condición del producto o del proceso.

ABB ha invertido en formas novedo-sas de utilizar el procesamiento de

señales para potenciar el valor para el cliente de sus productos. Los resul-tados de estos esfuerzos se ilustran en los dos estudios de casos siguientes: el primero para medida del caudal y el segundo para medida de la presión.

El tercer caso presentado es un estu-dio sobre la tecnología inalámbrica. Demuestra la forma en que esta nueva tecnología puede aumentar la disponibilidad de las funciones de los instrumentos, al tiempo que satis-face las necesidades de aplicaciones futuras.

Innovaciones de productos

Mejoras en el proce-samiento de señalesEl procesamiento de señales potencia la instrumentaciónSean Keeping, Eugenio Volonterio, Ray Keech, Gareth Johnston, Andrea Andenna

Innovaciones de productos

13Revista ABB 4/2007

Mejoras en el procesamiento de señales

Autocalibración de un caudalímetro electromagnéticoABB ha presentado un nuevo caudalí-metro que alcanza niveles sin prece-dentes en relación con la estabilidad y el rendimiento gracias a un concep-to innovador de la autocalibración.

Un caudalímetro electromagnético consta de dos partes principales:

el sensor, que se compone de un tubo de medida del caudal que contiene un revestimiento aislado, bobinas de activación y dos o más electrodos de medición 1 ;

un transmisor de flujo, como los nuevos WaterMaster 2a o Process-Master 2b de ABB, que activa las bobinas y mide la señal de CA, muy pequeña, procedente de los electrodos de medición.

Para satisfacer los requisitos de metro-logía de los instrumentos, que evolu-

cionan constantemente, establecidos en este caso por la International Re-commendation R49 [1] de la OIML1), ABB ha desarrollado un concepto de autocalibración [2]. La empresa ha incorporado este concepto en la línea de productos WaterMaster. Al satisfacer la recomendación indica-da, el producto se adapta a la Directi-va de instrumentos de medida (que se convirtió en un requisito legal en noviembre de 2006). La OIML R49 exige que los caudalímetros electro-magnéticos tengan “posibilidades de comprobación”, lo que significa que se aplica una señal simulada a la entrada del transmisor de flujo y se verifica que la salida se encuentra

2 Transmisores electromagnéticos de caudal WaterMaster a y ProcessMaster b de ABB.a b

Nota a pie de página1) OIML: International Organization of Legal Metrology/

Organisation Internationale de Métrologie Légale

(Organización Internacional de Metrología Legal)

1 Sensor de un caudalímetro electromagnético.

Línea de flujo magnético

Bobina electromagnética

Tubo de medida en el plano del electrodo

Tiempo del campo eléctrico

Tensión de la señal

U

W

y

z

vB

E

x

3 Diagrama de bloques de la nueva autocalibración de ABB para caudalímetros electromagnéticos.

de los electrodos 6

del sensor de

intensidad 7

circuitos de amplificación circuitos de cálculo y control

a la pantalla

AGP I

MUX

MUX

A3A4A5A6

S1

S2

S3

a las bobinas de

excitación 4circuitos de excitación

AGP D

A7A8A9

A10

MUX

MUX

Sentido de la

corriente A2

Frente y corriente

A1

b

c

d

a

VREF

CAD I

CAD D

CDA

controlador

Innovaciones de productos

14 Revista ABB 4/2007

Mejoras en el procesamiento de señales

máticamente por sí solo, no se requie-ren componentes de precisión en la cadena de medición. Un chip de au-dio codec de alta linealidad se utiliza como convertidor analógico-digital (CAD). Mediante una configuración de multiplexadores, se genera la señal simulada con el convertidor analógi-co-digital 3a . Esto se aplica directa-mente al mismo amplificador delante-ro 3b que se utiliza para ampliar y procesar las señales de los electrodos.

El aspecto novedoso de esté método es que el valor medido no se basa en el valor absoluto real de la señal, sino en su ganancia. Al utilizar multi-plexadores ( 3c y 3d ) para enviar direc-tamente la tensión de referencia a los CAD, el comportamiento del sistema se hace independiente de las ganancias, las desviaciones o la estabilidad de cualesquiera de sus componentes, y la salida no depende

de la magnitud de la ten-sión de referencia.

Se ha demostrado que el comportamiento del pro-ducto depende sólo de un componente: la resistencia necesaria para convertir la corriente que atraviesa las bobinas en una tensión que mida su valor. 4 ilustra que el nuevo sistema compensa correctamente los cambios en los parámetros depen-dientes de la temperatura de sus componentes.

En comparación con un di-seño de transmisor clásico, que a me-nudo depende del comportamiento de unos diez componentes de precisión, la reducción a un solo elemento per-mite llevar la estabilidad y el compor-tamiento a niveles sin precedentes. 5 muestra el grado de ajuste que experi-menta el transmisor al responder a los cambios en la temperatura. 6 muestra la estabilidad global del transmisor en una amplia gama de temperaturas. En las mediciones que dieron lugar a es-tas cifras, se volvió a ajustar la tempe-ratura a 20 °C tras cada cambio de temperatura, demostrando la excelen-te reproducibilidad de la medición.

La incorporación por ABB del sistema de autocalibración en un caudalímetro electromagnético es una novedad mundial, que se traduce en una esta-bilidad y un comportamiento sin par. El producto se presentó en Barcelona el 7 de noviembre de 2007.

dentro de los límites predefini-dos.

Esta técnica siguió desarrollán-dose no sólo por la utilización de esta señal para comprobar la amplitud, sino también para llevar a cabo la calibración automática. De esta forma, no sólo se satisfacen y superan los requisitos de la OIML R49, sino que además el instrumento dispone de muchas funciones interesantes. Estas funciones vienen relacionadas en el Cuadro 1 .

El funcionamiento de este nuevo concepto se muestra en 3 . Puesto que el sistema se ajusta auto-

Instrumento con autocalibración Ya no es precisa la calibración en fábrica El ajuste de calibración es continuo durante el funcionamiento normal

Comportamiento ultraestable a lo largo del tiempo

Coeficiente de temperatura muy bajo Codec de audio de bajo coste Diseño resistente a cualquier variación de cc

Menor coste con un solo elemento de precisión

Porcentaje de ajuste presentado al usuario para su utilización en diagnósticos

Límites de alarma para detectar fallos de equipos y desajustes

Cuadro 1 Características de la nueva gama de caudalímetros WaterMaster de ABB.

4 Efecto de una variación importante de la temperatura dinámica sobre distintos parámetros del sistema y su compensación.

1,004

1,003

1,002

1,001

1,000

0,999

0,998

0,997

0,996

Ganancia L2Ganancia L3Amplitud del CAD ICaudalGanancia R2Ganancia R3

Temperatura de la sala

Horno encendido

Tiempo

210000 212000 214000 216000 218000 220000 222000 224000

Compensación

Med

ició

n no

rmal

izad

a

5 Ajustes internos de ganancia automática efectuados por el transmisor para responder a los cambios de temperatura.

Temperatura (°C)

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0,00

-0,01

-0,02

-0,03

-0,04

-0,05 -40 -20 0 20 40 60 80

Aju

ste

auto

mát

ico

de g

anan

cia

(%)

6 Campo de variación del transmisor en función de la temperatura. La temperatura siempre volvió a 20 °C entre mediciones, lo que demuestra la elevada reproducibilidad del dispositivo.

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00

-0,02

-0,04

-0,06

-0,08

-0,10

Temperatura (°C)

Medido a 10 m/s

Un ciclo a 70 °C con un 95 % de

humedad relativa

-30 -10 10 30 50 70 90

Err

or d

e am

plitu

d (%

)

Innovaciones de productos

15Revista ABB 4/2007

Mejoras en el procesamiento de señales

Detección de línea de impulso obturada en un transmisor de presión diferencialUna medición defectuosa puede tener graves consecuencias negativas para un proceso, de ahí la importancia de poder detectar dichos errores tan pronto como se produzcan. Por lo que respecta a las mediciones de flujos diferenciales, las líneas de im-pulso obturadas son especialmente difíciles de detectar, ya que los resul-tados continúan pareciendo plausi-bles. ABB ha descubierto una forma de identificarlas, utilizando el ruido de fondo del proceso.

Un transmisor de presión diferencial es un dispositivo que se utiliza

para detectar la diferencia de presiones entre dos puntos de un proceso. Su principal aplicación es el cálculo del caudal en una conducción. Esto se consigue midiendo la caída de presión producida por lo que se conoce como elemento primario. Al introducir este elemento en el flujo, causa variaciones locales de la presión. Se mide la dife-rencia de presiones entre dos puntos y, a partir de este valor, se calcula el cau-dal utilizando el conocimiento de la geometría del elemento primario. Se conectan al proceso los transmisores de presión diferencial mediante dos tubos llamados líneas de impulso 7 .

Por lo que respecta a las mediciones de flujos diferenciales, las líneas de impulso obturadas son especialmente difíciles de detectar, ya que los resultados continúan pareciendo plausibles.A lo largo de la vida operativa del transmisor, estas conexiones pueden obturarse (bloquearse) a causa de ma-teriales sólidos presentes en el proceso, o de la cal depositada o de la congela-

ción del fluido. Para impedirlo, es ne-cesario realizar trabajos de manteni-miento importantes. El mantenimiento es aún más exigente debido al hecho de que, en contraste con la mayoría de los otros funcionamientos defectuosos que pueden presentarse en los disposi-tivos de utilización a pie de obra, una línea de impulso obturada no produce ningún efecto sobre el equipo; si no se llega a detectar, el valor medido sigue siendo plausible. Esto hace especial-mente difícil la detección de dichos errores.

Sin embargo, no todo está perdido: la experimentación ha demostrado que la condición de obturación se puede diagnosticar mediante el análisis de la señal de presión diferencial detectada. A partir de tales resultados, se ha desa-rrollado un método para la detección automática de las líneas de impulso obturadas y se ha incorporado el algo-ritmo correspondiente en un transmisor de presión diferencial de la serie 2600T de ABB.

El principio de “Plugged Impulse Line Detection” (detección de líneas de im-pulso obturadas) (PILD) se basa en las características observadas empíricamen-te en las series temporales recogidas en

la detección de la presión. Los proce-sos del flujo de fluidos se ven afectados por fluctuaciones en el valor de la pre-sión causadas por otros dispositivos y máquinas que interactúan con el proce-so. A modo de ejemplo se puede citar una bomba que produce un ruido en la señal de presión diferencial. En una condición normal de funcionamiento, sin ningún problema de obturación de la línea de impulso, este ruido del proceso se compensa prácticamente porque el dispositivo mide la diferencia de presiones entre dos lugares relativa-mente próximos. El bloqueo de una línea de impulso hace que las fluctua-ciones de presión dejen de compensar-se, por lo que el ruido del proceso aparece entonces en la señal de pre-sión diferencial. Por último, cuando

7 Transmisor de presión diferencial conectado a un orificio calibrado.

Tiempo (s)

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 5 10 15 20 25

8 Potencia de la señal a sin obturación, b con ambas líneas obturadas y c y d con cada una de las líneas obturadas.

Tiempo (s)

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 5 10 15 20 25

Tiempo (s)

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 5 10 15 20 25

a b

c d

Tiempo (s)

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 5 10 15 20 25

Pot

enci

a de

la s

eñal

ent

re

0,5

Hz

y 5

Hz

Pot

enci

a de

la s

eñal

ent

re

0,5

Hz

y 5

Hz

Innovaciones de productos

Mejoras en el procesamiento de señales

ambas líneas de impulso se obturan, el nivel de ruido de la presión diferen-cial detectada casi se reduce a cero.

De ambas observaciones se puede generalizar que: La obturación de una sola línea de impulso 8b y 8c produce un nivel de ruido mayor que en el caso en que no hay obturación 8a .

La obturación de ambas líneas de impulso 8d produce un nivel de ruido menor que en el caso de ausencia de obturación.

El nuevo algoritmo se autoadapta a las condiciones del proceso específico en el momento de la instalación. Permite detectar los eventos de obturación de las líneas de impulso con solidez frente

a las variaciones de las condiciones del proceso. Las conclusiones presen-tadas anteriormente se confirman en las publicaciones de la Universidad de Sussex [3, 4, 5] y en los laboratorios de ABB [6].

El beneficio obtenido por la reducción de costes en la detección de líneas de impulso obturadas se debe a la dismi-nución del mantenimiento preventivo. El resultado del algoritmo PILD debe estar disponible en el lugar de mante-nimiento y en la sala de control. Se debe vigilar el estado de todos los transmisores desde un punto de ac-ceso central a través de Fieldbus y Asset Monitoring. Esto permite pasar de una configuración de mantenimien-to preventivo a otra con un manteni-miento reactivo basado en los tiempos de reacción 9 .

Las comunicaciones inalámbricas, el futuro de la instrumentación

La tecnología inalámbrica tiene muchas ventajas: se ahorran los costes del cableado (y el riesgo de errores que lleva asociado) y es más fácil realizar cambios. ABB respalda la introducción de la tecnología y coopera con otros proveedores para aplicar normas conjuntas.

La tecnología inalámbrica ha inva dido la vida diaria en muchos niveles,

desde los teléfonos móviles a los tim-bres de las puertas, desde los mandos a distancia de las televisiones al WiFi y las conexiones públicas a Internet. Por lo tanto, puede parecer extraño que se haya tardado tanto en que las comuni-caciones inalámbricas lleguen a la auto-matización de procesos, a pesar de que las ventajas son evidentes y sea grande el interés del usuario final Cuadro 2 .La razón del desarrollo relativamente lento de las comunicaciones inalám-

9 Resultado de la detección de líneas de impulso obturadas (PILD).

bricas en la automatización de proce-sos se entiende mejor cuando se con-sideran los requisitos especiales que plantea. Entre otros, la fiabilidad, la seguridad y la sencillez.

El sector gasístico y petrolero se encuentra entre los primeros en reconocer las ventajas y los requisitos de una red inalámbrica en el ámbito de la instrumentación.A consecuencia de las pruebas efec-tuadas con proveedores importantes, como ABB, el sector gasístico y petro-lero se encuentra entre los primeros en reconocer las ventajas y los requisitos de una red inalámbrica en el ámbito de la instrumentación. Estas pruebas tempranas utilizaron redes privadas que a menudo tenían el inconveniente de limitar la posibilidad de elección del proveedor, al tiempo que dejaban de satisfacer los tres requisitos indica-dos anteriormente. Sin embargo, de-mostraron el potencial de la tecnolo-gía para reducir los costes operativos. La industria ha superado ahora la fase

de prueba y busca una norma abierta que satisfaga dichos requisitos y proporcione una red inalámbrica de múltiples proveedores.

16 Revista ABB 4/2007

Innovaciones de productos

Hay dos grupos que trabajan en la actualidad en una norma de comuni-caciones inalámbricas para la automa-tización de procesos. Si bien ambos comparten la misma tecnología de radio (802.15.4), por lo demás son

miembros. En la exposición ISA de septiembre de 2006 tuvo lugar una demostración de instrumentos WirelessHART, incluidos instrumentos de ABB, Emerson y Siemens.

Sean Keeping

Productos de automatización e instrumentación de ABBSt Neots, Reino Unido sean.keeping@gb.abb.com

Eugenio Volonterio

ABB SACE S.P.A.Lenno, Italia eugenio.volonterio@it.abb.com

Ray Keech

Productos de automatización e instrumentación de ABBStonehouse, Reino Unido ray.keech@gb.abb.com

Gareth Johnston

Productos de automatización e instrumentación de ABBSt Neots, Reino Unido gareth.johnston@gb.abb.com

Andrea Andenna

Investigación corporativa de ABBBaden-Dätwil, Suizaandrea.andenna@ch.abb.com

17Revista ABB 4/2007

Mejoras en el procesamiento de señales

Disponibilidad de la planta

Una opción de bajo coste que aporta control del estado a equipos críticos (posi-cionadores – analizadores) para reducir tiempos de inmovilización inesperados.

El acceso inalámbrico se puede incorporar en los instrumentos o añadir por medio de un adaptador de alimentación en bucle.

Variación de procesos

Una opción de bajo coste que aporta puntos para control del proceso antes de considerar inversiones costosas.

Aporta a corto plazo puntos de control del proceso de bajo coste para ayudar a resolver problemas difíciles.

Cumplimiento de la legislación ambiental

y de seguridad

Opción de bajo coste para controlar el funcionamiento de duchas de seguridad.

Opción de bajo coste para supervisar: Detectores de gas Emanación de agua Emisiones de gas Funcionamiento de válvulas de seguridad

Trampas de vapor

Control de procesos

Acceso a información multivariable (por ejemplo, dispositivos de caudal másico de gas).

Control de puntos lejanos o inaccesibles (puede que el cable precise ser tendido bajo carreteras o a una gran distancia).

Comparación de señales analógicas y digitales (información de retorno de la válvula comparada con el valor fijado).

Cuadro 2 Ventajas de una red inalámbrica para la automatización de procesos.

Referencias[1] OIML International Recommendation, R49-1, Water meters intended for the metering of cold potable water and hot water.

(Equipos medidores de agua destinados a la medición de agua potable fría y agua caliente)[2] Patente solicitada en el Reino Unido. Wray T, 30799GB[3] Zhu, H., Higham, E. H., Amadi-Echendu, J. E., Signal Analysis applied to Detect Blockages in Pressure and Differential Pressure Measurement Systems

(Análisis de señal aplicado a la detección de bloqueos en los sistemas de medición de presión y presión diferencial), Actas de la Conferencia de Tecnología de Instrumentación y Medición de la IEEE, Vol. 2 (1994), páginas 741–744.

[4] Zhu, H., E. H.Higham, Amadi-Echendu, J. E., The Application of Signal Analysis Methods in Orifice Plate-Differential Pressure Flow Measurements (La aplicación de los métodos de análisis de señal en las mediciones de presión diferencial en el flujo por orificios calibrados), Informe técnico, Universidad de Sussex.

[5] Amadi-Echendu, J. E., Zhu, H., Detecting Changes in the Condition of Process Instruments (Detección de variaciones en el estado de instrumentos del proceso), IEEE Trans. Sobre instrumentación.

[6] Andenna, A., Eifel, D., Invernizzi, G., Embedded diagnosis to detect plugged impulse lines of a differential pressure transmitter (Diagnóstico incorporado para la detección de líneas de impulso obturadas en un tranmisor de presión diferencial), Documento técnico, ABB Schweiz AG, ABB Forschungszentrum, ABB Sace S.p.A.

incompatibles. Estas dos normas en competencia son HART 7 e ISA SP100. De las dos, WirelessHART será la pri-mera que estará disponible ya que su norma ya está redactada y ha supera-do una votación de las compañías

Innovación de procesos

El interruptor del generador (GCB) es un componente fundamental de una central eléctri-ca que protege el generador y el transformador de potencia. El catálogo de interruptores de ABB, por ejemplo, incluye equipos con intensidades nominales que van desde 6.300 A hasta 50.000 A. Los interruptores HECS están diseñados para intensidades nominales hasta 18.000 A. Un efecto marginal de estas grandes intensidades es la disipación de calor en el dispositivo, que debe limitarse para conservar otros componentes del sistema dentro de sus tolerancias de temperatura. La refrigeración por medios naturales limita la intensidad nominal, por lo que muchos de los GCB actuales emplean métodos de refrige-ración forzada para aumentar ese valor. Pero esta refrigeración “forzada” también limita la capacidad de la intensidad nominal. Para aumentar las intensidades nominales de los GCB hacía falta un método innovador de refrigeración con el fin de satisfacer la demanda creciente de dispositivos más ligeros, más baratos y más potentes. La utilización de los llamados conductos de calor para conseguir una transferencia de calor más eficaz, no sólo ha permitido el desarrollo de dos productos que son más ligeros y más robustos que sus versiones anteriores, sino que ha incrementado el rendimiento del GCB en más de un 25 %.

Un rendimiento superiorLa refrigeración avanzada por conducto de calor aumenta el rendimiento del interruptor automático en más de un 25 %Daniel Chartouni, Martin Lakner, Giosafat Cavaliere

18 Revista ABB 4/2007

19

Innovación de procesos

Los dispositivos de potencia siguen la tendencia de la mayoría de los

demás productos eléctricos: cada vez menores y más ligeros, pero con ma-yor funcionalidad. La rentabilidad es la fuerza impulsora principal de esta tendencia, ya que un dispositivo más ligero se traduce en menores costes de materiales, transporte e instalación. Un componente de la familia de inte-rruptores automáticos (GCB) de gene-radores de ABB Cuadro 1 , el interruptor HECS, ha pasado este proceso con resultados impresionantes: al sustituir el denominado sistema de refrigera-ción “forzada” (es decir, con bombas, ventiladores o motores) por un apara-to “pasivo” (que funciona sin necesi-dad de tales dispositivos), la intensi-dad nominal del interruptor HECS ha aumentado desde los actuales 18.000 A hasta 23.000 A. Mediante un método innovador basado en el concepto de refrigeración por conducto de calor, los ingenieros de ABB han transfor-mado los elementos de esta familia de dispositivos en versiones más silenciosas, esbeltas y ligeras que las anteriores, con unos requisitos de mantenimiento extremadamente reducidos Cuadro 2 .

La transferencia de calor eficaz en los interruptores HECS de ABB exigía un dispositivo exclusivamen-te pasivo y de bajo man-tenimiento para aumentar el valor de intensidad nominal.

Saber lo que hay que hacerLas intensidades nominal y en corto-circuito producen una tremenda canti-dad de calor. Incluso las pequeñas resistencias eléctricas (consecuencia del material o de los contactos eléctri-cos deslizantes) producen pérdidas óhmicas que pueden generar kilova-tios de calor. Sin embargo, la tempera-tura en equilibrio del punto caliente debe limitarse a 105 ºC durante el fun-cionamiento normal (cerrado), lo que limita térmicamente la intensidad no-minal máxima admisible. En conse-cuencia, la temperatura de trabajo del interruptor del generador viene deter-

minada tanto por la intensidad nomi-nal como por la refrigeración del dis-positivo. Para aumentar sin problemas la intensidad nominal de sus GCB, los ingenieros han tenido que centrarse en su gestión térmica.

La familia de interruptores HECS de ABB admiten intensidades nominales de hasta 13.000 A con métodos de refrigeración naturales. Sin embargo, se requiere un dispositivo de refrige-ración forzada aire-aire (que a su vez es una fuente de calor además de un peso añadido) para aumentar este valor hasta un máximo de 18.000 A. Por lo tanto, el aumento de la intensi-dad nominal de un interruptor dado a 23.000 A solamente se puede conse-guir mejorando la transferencia de

Los interruptores de circuitos de generadores (GCB) de ABB se utilizan ampliamente en todo tipo de centrales eléctricas, tales como centrales eléctricas de turbinas de gas, de ciclo combinado y térmicas, así como en estaciones geotérmicas, hidráulicas y de bombeo para reserva de energía. Actualmen-te, la compañía tiene una cuota de mercado de alrededor del 70 %. El catálogo de inte-rruptores cubre dispositivos con potencias eléctricas que van desde 100 MVA a más de 1.500 MVA. Se incluyen ahí interruptores con valores nominales de corrientes desde 6.300 A (y una corriente máxima en cortocir-cuito de 63 kA) a más de 50.000 A (con una corriente nominal en cortocircuito de 210 kA). Los interruptores HECS, presentados en 2003 y disponibles para aplicaciones tanto interio-res como exteriores, cubren la gama de potencias hasta 800 MVA. Pueden conmutar corrientes en cortocircuito de hasta 130 kA y son apropiados para corrientes nominales de

Cuadro 1 Catálogo de interruptores automáticos de generadores (GCB) de ABB.

calor desde el conductor del HECS al entorno mientras se asegura al mismo tiempo que la temperatura de los componentes sensibles permanece dentro de valores tolerables. El eleva-do potencial eléctrico de 25,3 kV de la fuente de calor (el conductor) com-plica esta situación, pues el sumidero de calor (la caja del HECS) está pues-to a tierra, y cualquier forma de refri-geración forzada presenta efectos colaterales no deseables. Para conse-

hasta 13.000 A con sistemas de refrigeración natural y de hasta 18.000 A con sistemas de refrigeración forzada.

La densidad de potencia es muy alta teniendo en cuenta su pequeño tamaño y peso, normal-mente unos 6.000 kg. Por tanto, son ideales para la remodelación de centrales eléctricas y permiten ahorros considerables de los costes de transporte e instalación.

Notas a pie de página1) La norma IEEE permite un aumento de temperatura

de 65 K para contactos recubiertos de plata por

encima de una temperatura ambiente de 40 °C.2) El principio del conducto de calor se conoce desde

hace varias décadas, y los sistemas de refrigera-

ción para la industria de la electrónica de consumo

utilizan esta idea.

Un rendimiento superior

Cuadro 2 Resumen de los nuevos productos resultantes de la aplicación de conductos de calor.

Nombre del nuevo producto

Corriente máxima de trabajo

Producto actual basado en HECS

Nuevo producto con conducto de calor

(refrigeración pasiva)

HECS-100/130XLp18.000 A

(con refrigeración forzada)18.000 A

HECPS-5Sp (solución de bombeo para reserva)

13.500 A 18.000 A

HECS-130XXLp No disponible 23.000 A

Revista ABB 4/2007

20

Innovación de procesos

guir una transferencia de calor eficaz a través de esta gran separación aisla-da eléctricamente hacía falta un dispo-sitivo exclusivamente pasivo y de bajo mantenimiento. Y ese dispositivo se creó utilizando conductos de calor2)

Cuadro 3 .

Desarrollo del productoAunque conocido desde varias déca-das antes, el concepto del conducto de calor no se ha-bía aplicado nunca a la refri-geración de los GCB debido a la dificultad que suponía la utilización de conductos de calor aislados eléctrica-mente en presencia de una gran diferencia de potencial entre la fuente de calor (el evaporador) y el sumidero (el condensador). Esto ex-cluía un diseño formado ín-tegramente por componen-tes metálicos, reemplazado por una solución que pro-porciona robustez mecánica y compatibilidad de materia-les entre el conducto de calor y el fluido de trabajo. Sobre todo, debían cumplir-se los requisitos siguientes para una buena solución:

Gestión térmicaLa carga térmica total máxi-ma transferida viene deter-minada por la corriente y la resistencia en el interruptor. El número de sistemas de conducto de calor determina la resistencia térmica máxi-

ma admisible para cada uno de los componentes.

Diseño del dieléctrico del conducto de calorEsto se refiere en particular al aisla-miento del dieléctrico entre el con-ductor y la caja en condiciones nor-males de trabajo (especialmente cerca de 25 kV) y para otras tensiones para

las que el sistema debe estar protegi-do, como las creadas por impulsos debidos a los rayos. El aislante sólido de los conductos de calor y el fluido de trabajo debe también satisfacer este requisito.

Diseño mecánico del conducto de calorEl sistema debe soportar gran número

de operaciones de conmuta-ción (20.000x), transporte y movimientos sísmicos.

Estabilidad a largo plazo y consideraciones medioambientalesEl sistema no debe precisar mantenimiento durante más de 20 años. Además, el fluido de trabajo debe respetar el medio ambiente durante al menos 20 años. La protección medioambiental requiere un bajo potencial de calenta-miento global y de reducción del ozono. La ECV (evalua-ción del ciclo de vida) que compara el nuevo dispositivo de refrigeración con el actual aire-aire forzado tiene que demostrar que la solución del conducto de calor es más res-petuosa con el medio am-biente.

Realización técnicaUn GCB estándar se compone de tres fases paralelas. Cada conductor del GCB está aloja-do en una caja individual ais-lada del bastidor del polo 1 .

2 Evaporador y sección de aislamiento unidos a la cámara de conexión. El vapor fluye al condensador a través del tubo de aislamiento ondulado (véase 3 ).

1 Un solo polo de un interruptor HECS refrigerado por conducto de calor. Desde el exterior solamente se ven las aletas del condensador en la parte superior de la encapsulación.

Un rendimiento superior

3 Conductos de calor unidos al interruptor (GCB) HECS. Las secciones de transporte están conectadas a los condensadores que se incorporan en la carcasa.

13.000 A sin conducto de calor13.000 A con conducto de calor23.000 A con conducto de calor

Flexb Tr F Flexb

100

80

60

40

20

Aum

ento

de

tem

pera

tura

en

com

para

ción

con

H

EC

S s

in c

ondu

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de c

alor

[%]

Aumento de temperatura a lo largo del conductor en comparación con el aumento de temperatura máxima del HECS L que está muy por debajo del límite de 65 K fijado en la norma IEEE.

Revista ABB 4/2007

21

Innovación de procesos

En el diseño de ABB, cada fase dispo-ne de seis conductos de calor, y el ca-lor producido por una corriente nomi-nal debe transferirse al entorno por medio de dichos conductos. Para ha-cerlo de la forma más uniforme posi-ble, se ha aumentado al máximo la zona del conductor cubierta por el evaporador3) 2 . Se precisa una disipa-ción homogénea del calor a los seis evaporadores para garantizar que no se producen puntos calientes dentro del material del conductor a causa de la resistencia térmica permanente del propio material. La sección aislante presentó bastantes problemas, porque había que asegurar su estabilidad die-léctrica, así como su integridad mecá-nica con el funcionamiento del inte-rruptor, por no mencionar la difusión del aire y el fluido de trabajo4). Los re-sultados obtenidos durante la fase de prueba se presentan en 3 . No solamente se ha aumentado la intensidad nominal en un 27,8 %, de 18.000 A a 23.000 A, sino que la resistencia térmica medida al utilizar la solución de los conductos de calor fue de 58 mK/W. En otras palabras:

el aumento de temperatura para una disipación de calor de 1.000 W es solamente de 58 K.

Mirando hacia el futuroEl catálogo de ABB es el más extenso del mercado de los GCB. La mejora de los interruptores actuales HECS-XL con el sistema de refrigeración pasiva por conducto de calor y la creación de dos nuevos productos, HECS-100/130XXLp y HECPS-5Sp, para aplicaciones estándar y de bombeo en reserva Cuadro 2 lo amplían aún más.

El interruptor HECS-100/130XL utiliza actualmente un sistema de refrigera-ción forzada. El propósito de ABB es conservar el liderazgo en el mercado con un sustituto para el HECS XL. Esta versión sería factible con evapo-radores pequeños y menores conden-sadores o con un número reducido de sistemas de conducto de calor de tamaño normal. De los productos nuevos propuestos, el interruptor HECS-100/130XXLp está destinado al segmento de 18.000 A a 23.000 A. La superficie máxima posible del eva-

porador se ha determinado para esta versión de forma que garantice una resistencia térmica muy baja y una distribución homogénea de la tempe-ratura a lo largo del perfil del seccio-nador. Otro parámetro importante de este diseño es la superficie del con-densador, especialmente debido a que repercute en la resistencia térmica a lo largo del sistema de conducto de calor. Al equipar el interruptor HECPS-5S (una solución de bombeo de reserva) con un sistema de refrige-ración por conducto de calor se au-mentaría su intensidad nominal hasta 18.000 A.

La nueva solución del conducto de calor de ABB no necesita electricidad para funcionar, requiere poco mante-nimiento y es tremendamente silen-ciosa. No obstante, su principal venta-ja es la ampliación de la intensidad nominal del interruptor de generador HECS hasta 23.000 A. Esta nueva solu-ción de refrigeración pasiva no sólo contribuirá a completar el catálogo de la compañía, sino que también aportará un producto muy rentable para todo tipo de aplicación. Estos productos se presentarán al mercado a principios de 2008.

Daniel Chartouni

Investigación corporativa de ABB

Baden-Dättwil, Suiza

daniel.chartouni@ch.abb.com

Martin Lakner

Giosafat Cavaliere

Productos de alta tensión de ABB

Zürich, Suiza

martin.lakner@ch.abb.com

giosafat.cavaliere@ch.abb.com

Notas a pie de página3) Esto reduce también la resistencia térmica del

evaporador.4) Al principio del proyecto se pensó que la inserción

de un conducto aislado eléctricamente que contu-

viera líquido y vapor entre el evaporador y el con-

densador resultaría sencilla. Sin embargo, surgieron

problemas porque hubo que realizar pruebas de

tipo oficial para tensiones de hasta 88 kV de CA y

165 kV (tensión de impulso de las descargas at-

mosféricas). Además, el conducto debía tener

mucha resistencia mecánica (no se puede utilizar

metal). Y, finalmente, la conexión en ambos extre-

mos del tubo al resto del conducto tenía que ser

muy estanca.

Un rendimiento superior

Un conducto de calor es un dispositivo que

aprovecha el hecho de que un líquido absor-

be calor cuando se evapora (calor latente

de evaporación) y de que este calor puede

liberarse más tarde en cualquier otro lugar

durante el proceso de condensación.

El sistema está formado por tres componen-

tes principales: una sección de evaporador

que está unida al conductor del GCB (fuente

de calor), una sección de transferencia y una

sección de condensador situada cerca del

radiador fuera de la caja.

Funciona como un sistema de bucle cerrado

que está parcialmente lleno con un líquido

de trabajo. El flujo de calor dentro del evapo-

rador hace hervir el líquido de trabajo.

Un pequeño desequilibrio de presión hace

pasar el vapor a la sección del condensador,

donde el calor se disipa hacia el exterior de

la carcasa del GCB gracias a la refrigeración

natural por convección.

Después del proceso de condensación, el

líquido vuelve al evaporador por gravedad

a través de un conducto de calor. Una carac-

terística particular de este conducto es

que solamente está accionado por el calor

Cuadro 3 Los conductos de calor como concepto alternativo de refrigeración.

que se transmite y por la gravedad, que hace

volver el líquido condensado; es, por tanto,

un dispositivo totalmente pasivo.

Puesto que el líquido hierve y se condensa

aproximadamente a la misma temperatura, el

gradiente de temperatura a lo largo del tubo

es pequeño y permite una transferencia de

calor de gran rendimiento y un flujo de calor

que puede ser miles de veces mayor que en

los buenos conductores térmicos metálicos.

El flujo de calor del evaporador al condensa-

dor se ve limitado únicamente por las propie-

dades del flujo de vapor dentro de la sección

de transporte.

Condensador

Conductor del GCB

Evaporador

Sección de aislamiento

Revista ABB 4/2007

ABB ha escrito un nuevo capítulo en el libro de las aplicaciones de los robots. Mientras que en el pasado la programación de un robot para operaciones delicadas de precisión suponía un esfuerzo largo y tedioso, ahora los robots pueden aprender por sí mismos a hacer mejor estas tareas. Este método innovador puede reducir los tiempos totales de programación hasta en un 80 % para los robots utilizados para rectificar piezas de fundición, lo que mejora sustancialmente la productividad.Con el nuevo sistema Flex Finishing de ABB que incorpora RobotWare Machining FC (control de la fuerza), se ha levantado una de las últimas barreras reales que limitaban la mejora de la productividad en este sector.

Un movimiento que acariciaEl control de la fuerza convierte los robots de mecanización en herramientas universalesPeter Fixell, Tomas Groth, Mats Isaksson, Hui Zhang, Jianjun Wang, Jianmin He, Martin Kohlmaier, Rainer Krappinger, Jingguo Ge

Innovación de procesos

22 Revista ABB 4/2007

23

Innovación de procesos

Durante mucho tiempo ha sido difícil para los ingenieros de

aplicaciones robóticas lograr un movi-miento rápido y mantener al mismo tiempo la estabilidad del contacto con la pieza. Desde hace varios años, ABB ha destacado en este campo desarro-llando robots que pudieran llevar a cabo tareas de montaje delicadas en la industria de automoción [1]. Este pro-greso ha sido posible gracias a la utili-zación de sensores que miden la fuer-za de contacto y de bucles de reali-mentación que controlan la fuerza y la adaptan al movimiento del brazo del robot. Con estos robots de fuerza con-trolada trabajando con el controlador de robots S4Cplus, el tiempo de mon-taje de grupos propulsores se pudo reducir hasta en un 75 %.Recientemente, se ha logrado dar un paso más en el uso de robots de fuerza controlada en una clase más compleja de aplicaciones: rectificado, desbarba-do1) y pulimentado de unidades fabrica-das, por ejemplo, en un taller de fundi-ción. A diferencia del montaje de piezas, el control de las fuerzas del proceso en estas aplicaciones es mucho más exi-gente, y hasta ahora no era posible con-seguirlo. Existen varias razones para esa mayor complejidad: el desgaste de las herramientas, las dimensiones variables de las piezas y la falta de una precisión total y repetible de los soportes, con el riesgo de grandes desviaciones de la posición y resultados irregulares. Tradicionalmente, el proceso de acaba-do ha precisado mucha mano de obra, y la calidad del producto terminado no ha concordado con el rectificado, desbarbado y pulimentado manual.

Hasta ahora, la posición de los robots utilizados para esta tarea se controlaba con herramientas y soportes adaptables, de acuerdo con trayectorias y velocida-des definidas, ayudados a veces por un servomotor extra a fin de ajustar las va-riaciones en las dimensiones. En este modo de operación, si el robot no pue-de alcanzar la trayectoria fijada porque la pieza no está colocada correctamen-te, seguirá tratando de cortar a través de ella. En consecuencia, el robot se para, la herramienta se rompe o la pieza se estropea. Para limitar esos daños, los robots clásicos de limpieza de piezas de fundición funcionan a un ritmo más lento con una productividad limitada. Debido a la necesidad del control de posición, estos robots deben estar pro-gramados para ajustarse a una alta pre-cisión en la trayectoria, un esfuerzo que exige mucho tiempo al ingeniero. To-dos estos inconvenientes –gran esfuerzo de programación, herramientas y servo-motores extra y el riesgo considerable de desperfectos– estaban frenando la expansión de las aplicaciones de los robots en esta industria.

Cinco pasos hacia una innovación sustancialLa nueva y exclusiva aplicación robóti-ca lanzada por ABB en 2007 combina cinco elementos innovadores: Empleo del último controlador de robots de ABB, el IRC5, con su inter-faz 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 ajus-ta la velocidad de la herramienta.

Una oferta de producto fácil de usar y preadaptado.

El IRC5 se construye sobre el sistema operativo más avanzado de la industria para control de robots y equipos perifé-ricos. Con el lenguaje RAPID y el siste-ma operativo para robótica Motion Technology and Communication (tecno-logía de movimientos y comunicacio-nes) de ABB, constituye el sistema operativo de controlador más potente existente en la actualidad. IRC5 tiene dos canales Ethernet, uno para la LAN y otro para conexión local, así como dos canales serie para comunicaciones punto a punto con los sensores. El an-

1 Controlador IRC5 y FlexPendant.

Nota a pie de página1) El desbarbado es la eliminación de rebabas (los

bordes que sobresalen) de las piezas fundidas o

mecanizadas.

Un movimiento que acaricia

2 Fuerza de contacto medida cuando se rectifica un álabe de turbina en siete pasadas consecutivas: la curva azul muestra los resultados con el control de la posición clásico y la roja la homogeneidad obtenida con Force Control (control de fuerza).

a b

Tiempo de muestreo

Comparación de la fuerza de rectificado

F Z (N

)

x 1040.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

-120

Control de posiciónControl de fuerza

Revista ABB 4/2007

24

Innovación de procesos

cho de banda proporcionado por el controlador IRC5 es crítico para las prestaciones globales y el tiempo de reacción del robot con vistas a corregir y ajustar su posición. Para alcanzar la tasa de muestreo adecuada para ajustar el posicionamiento dinámico del robot, el sensor debe estar estrechamente inte-grado con la electrónica del controlador si se quiere que esta innovadora aplica-ción arroje buenos resultados. El IRC5, equipado con Motion Techno-logy MultiMove de ABB, es una referen-cia mundial que permite el control simultáneo de hasta cuatro robots (36 ejes) 1 . Los robots pueden compartir objetos de trabajo comunes, lo que permite configuraciones complejas co-ordinadas. MultiMove facilita asimismo el cambio dinámico entre movimientos

independientes y coordinados. Esta característica única hace posible abor-dar las tareas complejas de rectificar, desbarbar y pulimentar.El entorno de programación que apoya al usuario de esta aplicación innovadora es el primero en ofrecer esta nueva di-mensión de programación. Permite una programación sencilla y eficaz al utilizar el propio sensor de fuerza para definir la trayectoria del movimiento del robot. La programación se gestiona desde el FlexPendant y desde un módulo exclu-sivo de la aplicación para crear el pro-grama para Force Control Machining (mecanización con control de fuerza). El concepto proporciona al operario la posibilidad de mover a mano el robot y enseñarle la trayectoria aproximada. Posteriormente, el robot utilizará auto-máticamente la información aproximada para seguir la pieza; al tiempo, registra-rá automáticamente la trayectoria exacta y creará un programa de robot 2 . El bucle de realimentación FC Pressure permite que el robot rectifique, puli-mente o pula objetos fundidos mante-niendo una presión constante entre la herramienta y la superficie de trabajo. El software FC Pressure está destinado a procesos que requieran una superficie terminada de gran calidad. Permite que el robot “sienta” efectivamente su entor-no y siga la superficie de la pieza fundi-da, cambiando su posición para aplicar una presión constante en la superficie, incluso si no se conoce su posición exacta. Mientras haya un contacto conti-nuo, las rebabas y otros sobrantes se eliminan hasta la misma profundidad.El resultado es un mejor acabado de la superficie, la capacidad de admitir

variaciones en la fundición, un riesgo mínimo de daños en la superficie de la fundición y un desgaste previsible de la herramienta. Puesto que la presión se consigue desplazando la trayectoria del robot, esta función se presta espe-cialmente a las operaciones de pulido, rectificado y limpieza cuando la superfi-cie debe ser regular y suave 3 .La segunda característica del software FC SpeedChange permite al robot mecanizar superficies de fundición a velocidad constante e ir más despacio cuando encuentra demasiadas rebabas. En los procesos donde la precisión de la trayectoria es importante y donde el resultado del acabado debe satisfacer unas dimensiones concretas, FC Spee-dChange es la elección adecuada. Con FC SpeedChange, se controla la posi-ción del robot y éste sigue una trayecto-ria programada que conserva una tasa constante de eliminación de material. Trabaja a la máxima velocidad de pro-ceso y ralentiza el robot automática-mente cuando las fuerzas de mecaniza-do son excesivas, para así minimizar las variaciones dimensionales debidas a las deformaciones del brazo del robot, y para evitar los daños consiguientes en la pieza o en la herramienta a causa del esfuerzo y del calor. Como en el caso de FC Pressure, esto se traduce en una duración menor de los ciclos, en la ca-pacidad para admitir variaciones en las piezas fundidas, en un riesgo mínimo de daño en las piezas y en un desgaste previsible de la herramienta 4 .El producto final incluye un procesa-miento avanzado de la señal del sensor, funciones matemáticas, solución lógica y una interfaz gráfica de usuario orien-

3 Robot con paquete Force Control Function (función de control de fuerza).

Un movimiento que acaricia

4 Proceso de rectificado en que el robot se frena cuando encuentra rebabas excesivas. La fuerza medida en el proceso supera el valor de referencia fijado, lo que hace frenar al robot. Cuando disminuya la fuerza, el robot acelerará en 0,1 s hasta la velocidad programada.

Frenado

Variación de velocidad por FC

Fuer

za e

n el

pro

ceso

(N)

0,0 0,6 1,2 1,8 2,4

300

250

200

150

100

50

0

Aceleración

Tiempo (s)

Velo

cida

d de

l rob

ot (m

m/s

)

FuerzaValor de referenciaVelocidad

70

60

50

40

30

20

10

0

Revista ABB 4/2007

25

Innovación de procesos

tados a una programación rápida, fácil y precisa en la que se utiliza el sensor para que el operario guíe con la mano al robot con vistas a una programación directa e intuitiva. El producto de “en-chufar y utilizar” contiene todos los componentes necesarios, con el sensor, la electrónica y el cableado montados y probados en el robot, y sólo deja al integrador o al cliente el proceso de adaptación 5 .

Una acción concertada para lograr el éxitoComo sucede en casi todas las innova-ciones, el desarrollo de este sistema ha sido fruto de un esfuerzo de colabora-ción. Completar esta tarea compleja y multidisciplinaria ha obligado a combinar el trabajo de investigadores de muchas universidades y de ABB, de ingenieros de ABB y de clientes.ABB y la Universidad Técnica de Lund iniciaron juntos los primeros pasos para definir y aplicar el sensor básico y las funciones de control [2,3]. Desde esta perspectiva, se hizo preciso mejorar el conocimiento de la aplicación y encon-trar la interfaz de usuario óptima [4]. La forma de culminar el trabajo con éxito estaba clara, y consistía en reunir los recursos globales de ABB –el concepto de control de la fuerza y su aplicación práctica de Suecia y los Estados Unidos, el conocimiento de la aplicación de Austria y la interfaz gráfica de usuario de China– con los casos reales para ponerlo a prueba aportados por los socios industriales. John Kuhn, de Rimrock Corporation, que llevó a cabo las pruebas en tiempo real, dijo: “Force Control puede influir en nuestra activi-dad más que ningún otro producto lan-zado por ABB hasta la fecha”. Rimrock Corporation es un proveedor destacado de productos de automatización y

servicios de integración en Norteamérica y un socio apreciado de ABB durante mucho tiempo.

Un fuerte tirón en el mercadoCuando se presentó al público por primera vez RobotWare Machining FC en la GIFA, la mayor feria de fundición del mundo, que se celebra en Düssel-dorf, la conmoción entre los clientes fue incontenible. Los clientes comprobaron claramente la mejor calidad del produc-to y el considerable ahorro en tiempo de ingeniería, que puede llegar ahora al 80 %. Además, la duración del ciclo del robot se reduce en alrededor de un 20 % con el control mejorado, y la vida de las herramientas de mecanización se puede alargar también en un 20 %. Tras el lanzamiento con éxito de la tec-nología Force Control para aplicaciones de montaje y mecanización, ABB está interviniendo en nuevas áreas. Una de ellas es la industria aeroespacial, en donde se requieren trabajos de taladra-do con robots precisos, fiables y efica-ces para conseguir una producción flexible [5]. Ahora, con RobotWare Machining FC, las operaciones de acabado de produc-tos en las fundiciones son mucho más sencillas y permiten obtener piezas co-

ladas acabadas mejor, más rápidamente y a mejor precio.

Peter Fixell

Tomas Groth

Mats Isaksson

Robótica de ABB

Västerås, Suecia

peter.fixell@se.abb.com

tomas.groth@se.abb.com

mats.isaksson@se.abb.com

Hui Zhang

Jianjun Wang

Jianmin He

Investigación corporativa de ABB

Windsor, CT, EE.UU.

hui.zhang@us.abb.com

jianjun.wang@us.abb.com

jianmin.he@us.abb.com

Martin Kohlmaier

Rainer Krappinger

Robótica de ABB AG

Wr. Neudorf, Austria

martin.kohlmaier@at.abb.com

rainer.krappinger@at.abb.com

Jingguo Ge

Investigación corporativa de ABB

Shanghai, China

jingguo.ge@cn.abb.com

5 La interfaz gráfica de usuario tal como se presenta en el FlexPendant. El recorrido se presenta en vista tridimensional para facilitar el examen y la modificación.

a b

Robot con sensor, soporte y mandril estacionario para desbarbado flex

Referencias

[1] Zhang, H., Gan, Z., Brogard, T., Wang, J., Isaksson, M. „Aprendiendo técnicas - Tecnología robótica para

el montaje de trenes motopropulsores en la industria automovilística“. Revista ABB 1/2004, páginas 13-16.

[2] Johansson, R., Robertsson, A., Nilsson, K., Brogårdh, T., Cederberg, P., Olsson, M., Olsson, T.,

Bolmsjö, G. (2004). “Sensor integration in task-level programming and industrial robotic task execution

control”. Industrial Robot, 31(3), páginas 284–296.

[3] Blomdell, A., Bolmsjo, G., Brogardh, T., Cederberg, P., Isaksson, M., Johansson, R., Haage, M.,

Nilsson, K., Olsson, M., Olsson, T., Robertsson, A., Wang, J. (septiembre de 2005). “Extending an indus-

trial robot — implementation and applications of a fast open sensor interface”. IEEE Robotics Automation

Magazine, 12(3), páginas 85–94.

[4] He, J., Pan, Z., Zhang, H. (julio de 2007). “Adaptive force control for robotic machining process”. American

Control Conference, ACC ’07, páginas 1–6.

[5] Kihlman, H., Brogardh, T., Haage, M., Nilsson, K., Olsson, T. (septiembre de 2007). “On the use of force

feedback for cost efficient robotic drilling”. Comunicación 07ATC–278 presentada en el congreso SAE 2007

AeroTech Congress & Exhibition, Los Angeles, CA.

Un movimiento que acaricia

Revista ABB 4/2007

El agotamiento de los recursos ener-géticos y la emisión a la atmósfera de gases de efecto invernadero es una preocupación creciente para la humanidad. ABB responde a este problema promoviendo la eficacia energética.

Un área con gran potencial de ahorro es la de los moto-res que mueven ventiladores, bombas y compresores. Estos dispositi-vos suelen estar accionados por motores de velocidad constante, y el flujo se controla con métodos que despilfarran energía. Los convertidores de frecuencia evitan este despilfarro adaptando la velocidad del motor exactamente a la presión o al caudal necesarios.

¿Se resuelve así el problema? No del todo. Cuando se diseñan convertidores de frecuencia para media tensión hay que resolver dos problemas básicos: alcanzar la tensión del motor y aproximarse a una tensión sinusoidal ideal. La solución innovadora de ABB reside en la recombinación de soluciones ya existentes para resolver ambos problemas.

Una configuración de cinco niveles crea cinco niveles de salida en vez de los dos o tres usuales. Este paso aporta una mejora considerable a la forma de la onda, consiguiendo al mismo tiempo una mayor tensión de salida. Y para culminar el logro, esta innovación se apoya esencialmente en conceptos ya probados, lo que reduce el riesgo y potencia la fiabilidad.

Un mayor nivel de eficaciaConvertidores de frecuencia de cinco niveles para media tensiónPieder Jörg, Gerald Scheuer, Per Wikström

Innovación de productos

26 Revista ABB 4/2007

27

Innovación de productos

Las estrategias clásicas de control de caudal suelen fundarse en mé-

todos de regulación despilfarradores. Para usar una analogía sencilla, es como conducir un coche colocando un ladrillo en el pedal del acelerador (admisión fija) y empleando el pedal del freno para controlar la velocidad (mando basado en la fricción). Los convertidores de frecuencia son como los pedales de acelerador del control del motor, y tienen un enorme poten-cial de ahorro de energía.

Los motores consumen alrededor del 30 % de toda la energía eléctrica que se produce en el mundo. Unas tres cuartas partes de todos los motores mueven bombas, ventiladores o compresores en aplicaciones en que se puede reducir el consumo de energía mediante el control de la velocidad. Una estimación de ABB indica que la adopción en todo el mun-do de dichos convertidores de frecuen-cia para los motores de media tensión puede ahorrar 227 TWh, en otras pala-bras, la potencia suministrada por 144 centrales de combustible fósil o el con-sumo total de energía de un país como España1).En la actualidad, menos del 10 % de los motores vendidos cada año están equi-pados con el control de régimen más eficaz existente: el convertidor de frecuencia. A pesar de ser asimismo el medio de control de motores que exige menos mantenimiento, los clientes si-guen prefiriendo en la mayoría de los casos otras formas de control. ¿Por qué? Los inconvenientes que se indican con más frecuencia frente a la adopción de esta tecnología son: a) fiabilidad,b) armónicos,c) coste o condiciones de recuperación

de la inversión muy estrictas.

Los innovadores interruptores de cinco niveles de ABB tienen en cuenta todas estas dificultades.

Mejores formas de onda, mayores tensionesLa electricidad producida de forma clá-

sica mediante un generador síncrono entrega una tensión de salida de forma sinusoidal. Los motores eléctricos que se conectan directamente a la red (conexión directa en línea) y que trabajan por tanto a velocidad fija están optimizados para este tipo de forma de onda. Si hay que utilizar el mismo dise-ño de motor para una aplicación de velocidad variable, el convertidor de frecuencia debe suministrar una forma de onda que esté tan próxima a la forma sinusoidal ideal como sea posi-ble. Las desviaciones respecto a la for-ma de onda ideal producen un calenta-miento añadido del motor. A su vez, esto significa que no se puede utilizar el motor a su máxima potencia y que deben disminuirse sus características. Otra consecuencia negativa es que la superposición de un par irregular pue-de ocasionar oscilaciones torsionales en la cadena de transmisión y en la maquinaria.

Además, los motores se presentan en categorías de tensión normalizadas. Pa-ra la gama de motores de media tensión (MV) de hasta 7000 kW, las tensiones que se encuentran con más frecuencia en plantas industriales son de 6 kV/50 Hz y 4 kV/60 Hz. Esto significa que para utilizar la misma gama de motores en conexiones directas en línea 1a y con convertidores de frecuencia 1b , la salida de éstos debe poder alcanzar valores de tensión similares. Dichas tensiones de salida no son fáciles de alcanzar con los convertidores clásicos de dos y tres niveles, ya que su tensión de salida máxima viene determinada por las características de tensión de los semiconductores de potencia.

1 Un motor conectado directamente “on line” a y con un convertidor de frecuencia entre la red principal y el motor b .

a b

≈≈

50 Hz / 60 Hz 0 Hz … 200 Hz50 Hz / 60 Hz

Nota a pie de página1) Véase asimismo Wikstroem, P., Tolvanen, J.,

Savolainen, A., Barbosa, P., “Accionamientos

eficientes y ahorro de energía”, Revista ABB 2/2007,

páginas 73–80 (especialmente las páginas 74–76).

El interior del circuito de un convertidor de frecuenciaEn un convertidor, la conversión de energía se realiza en dos etapas: en la primera, el suministro de energía en forma de una tensión sinusoidal de frecuencia fija y amplitud constante se “rectifica” a tensión de CC o intensidad de CC. Esta magnitud en CC se “invier-te” en una segunda etapa a tensión o intensidad de CA, de frecuencia y am-plitud variables. Tanto la parte del recti-ficador como la del inversor se obtie-nen mediante circuitos electrónicos dotados de conmutadores electrónicos. Este artículo está dedicado principal-mente a la tecnología de esta segunda etapa, el inversor.

Casi todos los convertidores de ABB son del tipo denominado inversores de fuente de tensión (VSI). 2 muestra la

Un mayor nivel de eficacia

2 Representación de fases de un inversor de fuente de tensión de 2 niveles por medio de un conmutador ideal, alimentado por una fuente de tensión de CC.

+CC

UCC/2 C

CUCC/2

-CC

U

s

+CC/-CC: puntos de conexión de CCC: condensador como fuente de tensión de CCS: conmutador electrónico de estado sólidoU : tensión de salida

Revista ABB 4/2007

28

Innovación de productos

topología más sencilla de un VSI: una sola fase de la salida del inversor de frecuencia se conecta alternativamente a uno u otro polo de un gran condensa-dor de CC. Este es el objeto del circuito rectificador (que no se muestra) que asegura que este condensador perma-nece cargado con una tensión de CC fija. Si hay que producir una tensión de CA, el interruptor del circuito inversor debe cambiar las posiciones (es decir, cambiar la tensión de salida) al menos una vez cada medio ciclo. Si, por ejem-plo, se requiere una salida de 50 Hz, el interruptor debe cambiar a cada una de sus dos posiciones al menos 50 veces por segundo.

En la práctica, el interruptor suele “bas-cular” mucho más rápidamente. Se utili-za un controlador digital para dirigir su estado de conmutación. La estrategia de conmutación de este controlador deter-mina no solamente la frecuencia, sino también la tensión media en la carga. Estos niveles se modifican ajustando el valor de entrada de esta unidad según se desee. Esta estrategia de control se conoce como “modulación del anchura de impulso (PWM)”.

En realidad, el interruptor no es un contacto móvil como sugiere el diagra-ma, sino que está constituido por semi-conductores de potencia 4a . El desarro-llo y la capacidad de dichos interrupto-

4 Aunque los conmutadores de los convertidores se suelen representar como contactos simples (izquierda), en realidad integran una gran cantidad de componentes semiconductores (derecha). a presenta una rama de fase de dos niveles y b su equivalente de tres niveles.

a b

s

∼=s

∼=

ABB ha establecido y mantenido en los pa-sados 50 años una posición de vanguardia en el campo de la electrónica de potencia. Los convertidores de frecuencia para moto-res son una parte esencial de esta rama de actividad.

Los conmutadores electrónicos constituyen el núcleo de cualquier convertidor de fre-cuencia. La historia de la aparición de la conmutación de cinco niveles se aborda mejor mediante una breve revisión de cómo han evolucionado estos dispositivos. El lector que haya seguido su desarrollo du-rante el tiempo suficiente recordará que los primeros motores eléctricos de alta potencia se basaban en tiristores conmutados en línea. Estos tiristores pueden diseñarse para corrientes y tensiones de bloqueo elevadas (las versiones actuales llegan a valores de 8–10 kV). Su principal inconveniente es que

Cuadro 1 Semiconductores: 50 años de desarrollo de conmutación.

se pueden conmutar en cualquier punto, pero no pueden desconectarse (permanecen activa-dos hasta que un efecto exterior hace que deje de circular la corriente). Esta característica limi-ta las posibles estrategias de conmutación y, en consecuencia, la idoneidad de dichos circui-tos desde el punto de vista de la calidad de la energía (véase la conmutación de dos niveles en 7a ).

Los convertidores que utilizan estos conmuta-dores producen armónicos de gran magnitud y frecuencia relativamente baja. Estos armónicos causan problemas tanto por el lado de la ali-mentación como por el del motor. Además, el factor de potencia en el lado de la red varía con el margen de utilización del convertidor de frecuencia. Los problemas en el lado de la línea se han resuelto con la utilización de filtros. Los problemas en el lado del motor se acometen dimensionando el motor para que soporte el

calentamiento extra y diseñando el eje y los acoplamientos según los requisitos exigidos por las oscilaciones de torsión. En su mo-mento, esto se consideró aceptable porque no había otra solución. De hecho, sigue sien-do la solución preferida para aplicaciones de muy alta potencia (20 MW y más) a causa de su fiabilidad. Sin embargo, con la apari-ción de nuevos componentes de conmuta-ción se pueden incorporar nuevas topologías que proporcionan formas de onda de la ten-sión mucho más aproximadas a la sinusoidal ideal. Los nuevos componentes, todos ellos transistores optimizados de distintas formas, tales como los IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) y los IGCT (tiristores conmuta-dos de puerta integrada), se caracterizan por que se pueden desconectar arbitrariamente.

3 Inversor de dos niveles con condensador dividido a e inversor de tres niveles b (esquemas de concepto).

+CC

UCC/2 C

u

s

-CC

UCC/2 C

i

+CC

UCC/2 C

sc

-CC

UCC/2 C

sb

saa

b

c

iaibic

ua,b,c

M

a

+CC

UCC C

u

s

-CC

UCC C

i

+CC

UCC C

sc

-CC

UCC C

sb

saa

b

c

iaibic

ua,b,c

M

b

NP NP

Un mayor nivel de eficacia

Revista ABB 4/2007

29

6 El convertidor ACS 5000 de ABB utiliza una tecnología de cinco niveles, que suministra al motor una tensión entre fases de nueve niveles.

Innovación de productos

res ha dependido, desde la aparición de estos convertidores, del progreso de los semiconductores de potencia Cuadro 1 .

Listo para el siguiente nivelAunque la forma de onda de la tensión del VSI de dos niveles que aparece en 7a se puede variar en amplitud y fre-cuencia por medio de la PWM, la forma de la salida está lejos de ser sinusoidal. Como consecuencia, la distorsión armó-nica de corriente y, por tanto, las pérdi-das añadidas y la producción de calor resultante en el motor, son elevadas. Una forma de hacer más aceptable la forma de onda de la tensión es introdu-cir más niveles de tensión. Para presen-tar otra sencilla analogía, esto es similar a aumentar la resolución de un monitor de ordenador para hacer más nítida la imagen.

Otra razón para abandonar la configura-ción de dos niveles es que la mayor tensión de salida que puede obtenerse con la topología VSI de dos niveles y semiconductores de potencia modernos es 2,3 kV. Esto no es suficiente para la gama estándar de motores de media tensión.

La topología con dos condensadores y un interruptor electrónico de tres posi-ciones, que se denomina también inver-

5 Concepto del nuevo inversor de fases de cinco niveles (izquierda) y el accionamiento por motor trifásico con tensión entre fases de nueve niveles.

M

+CC

UCC C

u

s'

-CC

UCC C

i

C

NPs

+CC

UCC C

ua

sa'

-CC

UCC C

a

C

NPsa ia

+CC

UCC C

ub

sb'

-CC

UCC C

b

C

NPsb ib

+CC

UCC C

uc

sc'

-CC

UCC C

c

C

NPsc ic

sor de tres niveles a causa del número de combinaciones de tensión de salida por fase, ya era conocida desde hace algún tiempo. 3b muestra un esquema conceptual con un interruptor de tres

posiciones. Este circuito tiene que conmutar cualquiera de los tres puntos de conexión de los condensadores a la salida de ambas direcciones de la corriente2). ABB ha normalizado para

Un mayor nivel de eficacia

Revista ABB 4/2007

30

Innovación de productos

unos valores concretos de tensión e in-tensidad este interruptor electrónico de tres posiciones 4b como un Power Elec-tronic Building Block (PEBB) (compo-nente básico de electrónica de poten-cia). Esta normalización aporta la venta-ja de que se utiliza el mismo compo-nente básico en distintas aplicaciones, lo que permite a ABB acumular expe-riencia práctica mucho más rápidamen-te y así afinar el diseño para proporcio-nar mayor fiabilidad al cliente.

Durante casi una década se han utiliza-do estos componentes básicos para distintos productos y sistemas, incluidos convertidores para motores de régimen variable (por ejemplo, ACS 1000 y ACS 6000), sistemas de almacenamiento de energía y sistemas de calidad de la energía.

Aumentar el número de niveles mejora drásticamente la forma de onda.

La evolución a los cinco nivelesDurante cierto tiempo se han estudiado teóricamente combinaciones de mayor número de condensadores y circuitos electrónicos cada vez más complejos. Sin embargo, normalmente estas suge-rencias no se ajustaban a las tecnologías asentadas de almacenamiento de ener-gía en condensadores, ni eran compati-bles con las propiedades de los conmu-tadores de semiconductores que ofrecía el mercado. Además, tales soluciones apenas permitían el aprovechamiento de los componentes básicos existentes,

y sus valores de fiabilidad eran discuti-bles a causa de su gran número de componentes.

Para la última incorporación a su fami-lia de motores de media tensión, el ACS 5000, los ingenieros de ABB retornaron

a productos basados en tiristores clási-cos, como los cicloconvertidores y, teniendo en cuenta los de tres niveles existentes de 4b , llegaron a una solu-ción sorprendentemente sencilla para un producto con cinco niveles de tensión de salida (y por tanto, nueve

ABB, proveedor de convertidores de pri-

mera categoría, ofrece la gama completa

de accionamientos de velocidad variable

para aplicaciones en la gama de poten-

cias de 0,12 kW a más de 100 MW.

La compañía atiende a instalaciones y

clientes industriales en los campos de las

industrias cementeras, de minería y mine-

rales, químicas, petroleras y gasísticas,

marinas, metalotécnicas y papeleras.

Para más información, visite

www.abb.com/drives.

Cuadro 2 Gama de productos de accionamiento de ABB.

Un mayor nivel de eficacia

b

Tensión de salida del inversor u, u1 Espectro de la tensión de salida del Inv. u

t (ms) armónico de orden k

u, u

1 (p

.u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

u k (p.u

.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Intensidad en el motor i Espectro de la corriente en el motor i

t (ms) armónico de orden k

i (p.

u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

i k (p.u

.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

7 El aumento de niveles desde dos a y tres b hasta cinco c mejora enormemente la forma de onda, incluso para la mínima frecuencia de conmutación, tal como se muestra.

a

Tensión de salida del inversor u, u1 Espectro de la tensión de salida del Inv. u

t (ms) armónico de orden k

u, u

1 (p

.u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

u k (p.u

.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Intensidad en el motor i Espectro de la corriente en el motor i

t (ms) armónico de orden k

i (p.

u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

i k (p.u

.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Revista ABB 4/2007

31

Innovación de productos

niveles entre fases) 8 . Esto se logró aplicando la muy probada tecnología de tres niveles con relación al punto central del sistema eléctrico, indepen-dientemente para cada fase.

El circuito conceptual 5 se deduce de los componentes básicos idénticos exis-tentes S y S’, respectivamente.

La conocida tecnología de inversor de tres niveles se ha reutilizado en una configuración innovadora.

¿Por qué cinco niveles?Se compara la forma de onda de la tensión entre fases de un inversor de dos niveles y de uno de tres con la del nuevo convertidor de cinco niveles 7c . El inversor de cinco niveles uti-lizado en el ACS 5000 6 entre-ga una tensión de nueve nive-les entre fases al motor 8 . Sim-plemente observando la forma de onda se hace evidente que el nuevo inversor de cinco ni-veles produce una salida que se aproxima mucho más a la onda sinusoidal ideal. De he-cho, el resultado es tan convin-

cente que ahora es posible utilizar mo-tores diseñados para la conexión directa en línea sin necesidad de rebajarlos de características. Esto constituye actual-mente la solución óptima para un con-vertidor de 6 kV.

¿Sería la adición de más niveles de con-mutación un objetivo para nuevas mejo-ras de la forma de onda? Esas tentativas aumentarían considerablemente la com-plejidad sin aportar ventajas proporcio-nales. En particular, la fiabilidad del accionamiento se degradaría debido al mayor número de componentes.

Soluciones probadasABB ha descubierto una forma sorpren-

dentemente sencilla de crear formas de onda de la tensión próximas a la sinus-oidal con un convertidor de frecuencia basado en gran parte en componentes ya existentes y probados. La tecnología bien demostrada del inversor de tres niveles se vuelve a utilizar en una con-figuración innovadora que proporciona cinco niveles de tensión por fase, o in-cluso nueve niveles entre fase y fase. La nueva utilización de componentes básicos de la electrónica de potencia permite conseguir estas excelentes for-mas de onda de la salida con una fiabi-lidad probada. Se consigue el objetivo buscado de utilizar motores estándar para lograr una eficacia elevada con pocos componentes.

Pieder Jörg

Gerald Scheuer

Per Wikström

ABB Switzerland Ltd.

Turgi, Suiza

pieder.joerg@ch.abb.com

gerald.scheuer@ch.abb.com

per.wikstroem@ch.abb.com

Nota a pie de página2) La mayoría de los dispositivos semicon-

ductores de alta potencia pueden con-

ducir la corriente en un solo sentido.

Un componente básico de electrónica de potencia de cinco niveles se desliza fácilmente dentro del accionamiento gracias a unos carriles.

Un mayor nivel de eficacia

7c

Tensión de salida del inversor u, u1 Espectro de la tensión de salida del Inv. u

t (ms) armónico de orden k

u, u

1 (p

.u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0u k (p

.u.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Intensidad en el motor i Espectro de la corriente en el motor i

t (ms) armónico de orden k

i (p.

u.)

0 5 10 15 20

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

i k (p.u

.)

2

1

0.1

0.010 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

8 Utilizando un convertidor de cinco niveles, la tensión de salida alcanza nueve niveles entre fases.

Punto de trabajo a 50 Hz

Volti

os

Am

perio

s

Intensidad de corriente en el motor Tensión en el motor

15000

10000

5000

0

-5000

-10000

-15000

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

Revista ABB 4/2007

Las conexiones son el talón de Aquiles de muchas instalaciones. Conectar un elemento nuevo en la instalación cues-ta tiempo y dinero, y aún más tiempo y dinero probarlo y verificarlo. Además, todos los elementos conectados ocupan espacio (un bien escaso en muchas centrales) y cada uno requiere una fuente de alimentación. La solu-ción está en la integración, en combi-nar tantas funciones como sea posible en un único componente de serie. En

Un salto en la integraciónLa creación de un interruptor de CC flexible y compacto: el SACE Emax DC de ABBGiovanni Frassineti

el campo de los interruptores de CC, ABB ha conseguido un nivel de inte-gración nunca visto hasta ahora.

Con su interruptor SACE Emax DC, la compañía ha logrado integrar una gran cantidad de funciones de vigi-lancia avanzada, protección y control en una aplicación que dependía ante-riormente de dispositivos exteriores. El resultado es la gama más innova-dora y completa del mercado de

interruptores de CC aislados por aire (unos interruptores que se pueden presentar como producto de referen-cia para cualquier tipo de aplicación de CC).

En este artículo, la Revista de ABB considera algunos de los problemas a los que se enfrentaron al abordar este proyecto, y presenta una visión técnica más detallada de algunas de las tecnologías aplicadas.

Innovación de productos

32 Revista ABB 4/2007

33

Innovación de productos

Entre las aplicaciones de los inte-rruptores de CC se cuentan las

llamadas de “suministro crítico”, es decir, aquéllas en las que la continui-dad del suministro de energía es de importancia capital. Son ejemplos los hospitales, las industrias de procesa-miento continuo, las plantas de emer-gencia y seguridad, las telecomunica-ciones y los centros de proceso de datos. Se trata de aplicaciones en las que es esencial disponer inmediata-mente de una fuente de alimentación de reserva. En este campo, los grupos de baterías representan una opción muy fiable y que puede instalarse con rapidez.

Otros ejemplos de aplicaciones de CC son la tracción y el tala-drado eléctricos, las industrias con procesos químicos y elec-trolíticos y las aplicaciones na-vales (control de la velocidad o propulsión con baterías o célu-las de combustible).En estas aplicaciones, los interruptores deben proteger y desconectar el suministro y la carga y asegurar al mismo tiempo la integridad de la fuente de alimentación. El inte-rruptor SACE Emax DC de ABB que se presenta en este artículo no solamente es perfectamente adecuado para dichas aplica-ciones, para las que proporcio-na una solución completa y totalmente integrada para aplicaciones de CC de alto nivel, sino que también es algo único. Ningún otro producto del mercado ofrece sus caracte-rísticas Cuadro .

AplicacionesLas aplicaciones actuales de los interruptores de CC se pueden dividir en dos tipos, según el origen de la señal de disparo para la interrupción de la co-rriente: interruptores automáticos disparados por un mecanis-mo electromecánico interno,

interruptores-seccionadores disparados externamente.

Los interruptores automáticos con mecanismo de disparo electromagnético integrado ofrecen una solución para

aplicaciones poco costosas que trabajen en modo autoalimentado. Dichos inte-rruptores proporcionan únicamente protección frente a cortocircuitos. No se incluye ninguna otra protección están-dar ni avanzada, ni funciones de medi-ción, comunicaciones, automatización, diagnóstico o IHM.

Los interruptores-seccionadores utiliza-dos en combinación con mecanismos externos de disparo pueden ofrecer una amplia gama de funciones estándar de protección (principalmente frente a so-brecargas y selectiva/instantánea frente a cortocircuitos), pero no pueden satis-facer otros requisitos muy importantes. Puesto que no constituyen una solución

integrada, el cliente debe instalar la uni-dad de disparo y los sensores de co-rriente en el panel. Esto significa que las dimensiones del panel no pueden ser tan compactas como en el caso de un interruptor automático.

Además, la necesidad de conectar, ca-blear y probar el sistema externo de disparo implica costes añadidos de in-geniería e instalación (ya que la prueba y la certificación son responsabilidad del constructor del panel o del integra-dor del sistema). Además de esto, hace falta una fuente de alimentación auxiliar para la unidad de disparo y el actuador.Otro inconveniente de la variante de disparo externo es que la capacidad

máxima de corte de un inte-rruptor de ese tipo viene defi-nida por el valor de la co-rriente soportada a corto pla-zo por el interruptor-secciona-dor. Este valor es normalmen-te menor que la capacidad de disparo en cortocircuito de un interruptor automático a cau-sa del menor retardo de reac-ción de la unidad integrada.

La serie SACE Emax DC de ABB 1 ofrece una solución innovadora que tiene todas las ventajas de la solución in-tegrada y añade varias carac-terísticas interesantes e impor-tantes.

Esto lo convierte en un pro-ducto de referencia del mer-cado para cualquier tipo de aplicación de CC. Este éxito se ha conseguido gracias a la reconsideración innovadora de productos convencionales orientada al logro de nuevas soluciones.

Arquitectura del productoLos interruptores de CA inte-grados están en el mercado desde hace muchos años. Sin embargo, las soluciones adoptadas no podían aplicar-se directamente a la versión de CC. Había que rediseñar muchos otros aspectos.

La arquitectura del sistema del nuevo interruptor de CC 2 incluye:

1 Panel de control del interruptor de circuito del SACE Emax DC Emax.

3 Unidad de disparo.

Un salto en la integración

2 Arquitectura de producto del interruptor de circuito.

Alimentación

Medidas de V

Medidas de I

Alimentación

Orden de apertura

Grupo de disparo

Etapa de aislamiento

Etapa de alimentación

Unidad de proceso

Acondiciona-miento de señal

Módulo de protección de cancelación

Módulo de tensión

Barras

shunt

Sensor de cancela-

ción

Bobina de

disparo

Orden de apertura

Medidas de I

Revista ABB 4/2007

34

Innovación de productos

un shunt para protección y medición de la intensidad,

un sensor de cancelación para protec-ción instantánea de reserva,

una unidad electrónica de disparo, y un actuador que abra el interruptor (bobina de disparo).

La unidad de disparo utiliza la misma arquitectura que la serie Emax CA ac-tual. El material ha sido mejorado para que satisfaga los requisitos de mayor aislamiento y menor procesamiento de señal de la unidad de CC. El software se ha modificado para que determine la intensidad de corriente continua (valor medio en vez de RMS) y para adaptar los algoritmos de protección al nuevo método de medición.

La propia unidad de disparo 3 está equi-pada con módulos opcionales a fin de añadir funciones. Ejemplos de éstos son: Un módulo de comunicaciones que proporciona una interfaz aislada galvánicamente con un sistema super-visor.

Un módulo de señalización equipado con contactos que se pueden utilizar para accionar dispositivos externos. También puede configurarse como una entrada.

La unidad electrónica de disparo está alimentada desde los terminales princi-pales del interruptor por medio de un “módulo de tensión” integrado, el sen-sor integrado de cancelación (módulo de protección de cancelación) o una fuente de alimentación exterior aislada (24 V CC). El módulo de tensión pro-porciona asimismo las medidas de la tensión que requiere la unidad de disparo para el ulterior análisis de la señal, tales como las mediciones de potencia, y para ejecutar funciones de protección de sobretensión, subtensión e inversión de corriente.

La integración de todos estos compo-nentes hace de este interruptor uno de los sistemas electrónicos integrados más importantes en el campo de los interruptores aislados en aire (ACB). Sus capacidades lindan con las del concepto de un “sistema mecatrónico”.

ShuntEl shunt es el sensor de intensidad de corriente1). Proporciona una señal de tensión proporcional a la intensidad. La señal de salida de esta unidad debe oscilar entre 2,56 mV y 240 mV.

El problema de diseño del shunt 4 era definir un dispositivo suficientemente compacto para instalarlo dentro del interruptor. Además, debería tener una resistencia lo bastante alta para activar

la electrónica de la TU (unidad de dis-paro), pero lo bastante baja para permi-tir una disipación de energía compatible con el soporte plástico del interruptor, y ello tanto para la intensidad nominal como en condiciones de cortocircuito (100 kA 0,5 s).

La resistencia mínima que proporciona a la intensidad nominal una salida con una relación señal/ruido coherente con las especificaciones de la TU es 8 µΩ a 1.600 A. Para lograr la función deseada a la intensidad nominal, la temperatura del shunt se mantuvo lo más baja posi-ble aumentando la conductancia térmi-ca Ecuación 1 . A tal fin se elaboró una evaluación detallada del flujo término por el método de análisis de elementos finitos (FEM) 5 , que permite limitar el aumento de temperatura en el soporte de plástico del shunt al valor necesario.

donde: Pp: pérdida de energíaG: conductancia térmicaθ

s: aumento estacionario de la

temperatura

Para que el shunt actúe correctamente en condiciones de cortocircuito (100 kA durante 0,5 s), la única forma de con-trolar la temperatura es aumentar la

4 La derivación o shunt que utiliza el interrup-tor para medir la intensidad.

5 Densidad de corriente a y flujo térmico b en el shunt con la intensidad nominal.a b

θs = —

PP

GEcuación 1

J (A/m2)5,0000e+0064,4875e+0064,3750e+0064,0625e+0063,7500e+0063,4375e+0063,1250e+0062,8125e+0062,5000e+0062,1875e+0061,8750e+0061,5625e+0061,2500e+0069,3750e+0056,2500e+0053,1250e+0050,0000e+000

Flujo térmico (W/m2)1,0000e+0059,3750e+0048,7500e+0048,1250e+0047,5000e+0046,8750e+0046,2500e+0045,6250e+0045,0000e+0044,3750e+0043,7500e+0043,1250e+0042,5000e+0041,8750e+0041,2500e+0046,2500e+0030,0000e+000

Un salto en la integración

Notas a pie de página1) En los interruptores de CA se utiliza normalmente

un transformador de corriente. La versión de CC

requiere una solución distinta.

Revista ABB 4/2007

35

Innovación de productos

capacidad térmica, pues el fe-nómeno se puede considerar adiabático Ecuación 2 .

donde: I2t: energía pasanteθ

ad: aumento adiabático de la temperatura

R: resistencia del shuntC: capacidad térmica

donde:m: masac: calor específico

Para asegurar la funcionalidad en con-diciones de sobrecarga, los proyectistas han maximizado la constante de tiempo térmica de los shunt para aumentar su rendimiento en sobrecarga (es decir, para reducir el aumento de temperatura del shunt durante la sobrecarga). Esto se consiguió optimizando la forma del conjunto terminal-shunt, es decir, au-mentando la masa sin reducir la con-ductividad Ecuación 4–5 .

Los transitorios térmicos para las dos soluciones se presentan en 6 : para la misma resistencia, la curva roja (mayor constante de tiempo) coincide con un aumento de temperatura un 30 % menor antes de que se dispare el interruptor tras una sobrecarga de 20 segundos.

donde: τ: constante de tiempo térmicaθ: aumento de la temperatura

AislamientoPuesto que se utilizan shunts, el grupo electrónico de disparo no está separado galvánicamente de las barras activas principales. Una dificultad mayor fue la forma de garantizar el adecuado nivel de aislamiento. Según la norma IEC 60947-1, se debe soportar un impulso nominal de 14,4 kV sin necesidad de retirar la unidad de disparo electrónica

del bastidor del interruptor. Viene a complicar la situación el hecho de que la unidad de disparo electrónica está directamente conectada a las barras de energía sin ningún tipo de aislamiento o separa-ción (como en la situación en que se utilizan transformado-res de corriente en el inte-rruptor de CA). El problema se resolvió incorporando amplificadores operativos ais-lados (uno por cada sensor de shunt).

Acondicionamiento de la señalPara garantizar la máxima precisión en las mediciones para una amplia gama de

intensidades mediante la explotación de la dinámica máxima del converti -dor AD, se transforman las señales procedentes de los distintos sensores de shunt utilizando un circuito analó-gico.

Módulo de tensiónEl módulo de tensión proporciona la energía que alimenta la unidad de dis-paro, así como una señal de tensión proporcional a la tensión del primario. Esto se utiliza para medirla (con un ais-lamiento de alta impedancia).

Etapa de alimentaciónLa etapa de alimentación actúa sobre la alimentación procedente de dos fuentes posibles (una fuente de alimentación aislada externa opcional o la tensión de la barra) y entrega la energía a cada

7 Cálculo de retícula según el método de elementos finitos y simulaciones de salida.

θad

= ——— R · I2t

CEcuación 2

Ecuación 3 C = m · c

Ecuación 4 τ = — CG

Ecuación 5 θ (t) = θs · {1-e }− — t

τ

Un salto en la integración

6 Aumento transitorio de temperatura en el shunt con distintas constantes de tiempo para una sobrecarga de seis veces la intensidad nominal, 6In (τ2>τ1).

tiempo [s]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

τ1

τ2

τ

θs = —

Pp

G

PR123 DCAumento de temperatura con el retardo máximo para distintos diseños de shunt.

Transitorio para shunt A (τ1) Transitorio para shunt B (τ2)

700

600

500

400

300

200

100

0

Aum

ento

de

tem

pera

tura

[°C

]

Revista ABB 4/2007

36

Innovación de productos

parte del sistema electrónico con los niveles de tensión necesarios.

Unidad de procesoEl proceso utiliza una arquitectura paralela con tres procesadores: un procesador de baja potencia que se hace cargo del arranque y de las funcio-nes de protección muy rápidas, un DSP (procesador de señal digital) para todas

las demás funciones, y otro procesador de baja potencia que contiene informa-ción sobre el interruptor de corriente (CB) en el que está instalada la unidad electrónica. Debido a la muy baja resis-tencia de los sensores de shunt, la señal de la fuente es muy débil. En conse-cuencia, hay que adaptar los medios de medida a una señal de tales característi-cas. La señal se amplifica y se transfor-

ma para hacerla proporcional a la inten-sidad nominal del CB (In). Para garanti-zar mejores medidas, se proporcionan dos escalas, una de 0 a 4 In y la otra de 4 a 12 In. La dinámica de la señal es considerable: unos 50 dB.

El sistema electrónico se podría hacer muy sensible a las señales bajas al tiempo que se mantiene inmune a las altas perturbaciones exteriores y a las corrientes de cortocircuito mediante la elección de componentes de rendi-miento elevado y una configuración PCB muy precisa.

El software se creó utilizando el método UML y se escribió en lenguaje C. Es completamente modular y se ha desa-rrollado de acuerdo con las mejores prácticas de ingeniería de software y procedimientos internos de calidad.

El SACE Emax DC de ABB es el único interruptor de su tipo que hay en el mercado, con una combinación de funciones y características que lo hacen único.

Bobina de disparoEl interruptor de corriente se abre mediante un actuador electromagnético. Lo controlan la unidad de disparo elec-trónica y la unidad de protección de cancelación autoalimentada con dos canales independientes y paralelos.

Una contradicción típica en el diseño de CB es la necesidad de diseñar un

SACE Emax DC de ABB es el único interrup-tor de este tipo del mercado. Se sitúa aparte por su combinación exclusiva de funciones y características: Amplia gama de funciones de protección y valores de ajuste que sacan todo el parti-do de un grupo electrónico de disparo con funciones estándar (sobrecarga, cortocir-cuito instantáneo y selectivo) y funciones avanzadas (subtensión y sobretensión, desequilibrio de polaridad, flujo inverso de potencia, selectividad de zonas y memoria térmica). Ambas polaridades están prote-gidas para detectar y anular todo tipo posible de fallo, cualquiera que sea el tipo de sistema de distribución.

No precisa fuente de alimentación auxiliar: todas las funciones de protección y medi-da se realizan en el modo autoalimentado por medio del módulo de tensión.

Integración total: el grupo de disparo y los sensores de intensidad y tensión y las co-nexiones se encuentran totalmente integra-dos en el interruptor. El interruptor está homologado oficialmente y satisface los principales registros de buques; cada grupo se prueba en las instalaciones de la fábrica.

Elevadas prestaciones eléctricas: intensi-dades nominales desde 800 A hasta 5.000 A, tensiones de trabajo de hasta 1.000 V, niveles nominales de cortocircuito de hasta 100 kA y tiempo de corte nominal que soporta corrientes de hasta 100 kA.

Cuadro Una solución exclusiva

Un conjunto completo de medidas: intensi-dades, tensiones, potencia, contador de energía.

Amplia gama de funciones de comunica-ción y automatización: módulo de comuni-caciones con el protocolo Modbus RTU y, gracias al sistema FieldBusPlug*), Profibus y Devicenet, conectividad Bluetooth para configuración local, contactos programa-bles para indicaciones de aviso y alarma y función de control de carga.

IHM avanzada e información de diagnósti-co: presentación gráfica, indicadores de disparo, comprobación continua de la inte-gridad de las conexiones, grupo de prueba manual, registro de datos para los 20 dis-paros y 80 eventos más recientes, y una función de registro de datos (que conserva todas las mediciones con una frecuencia de muestreo de hasta 4800 Hz durante 27 segundos y con un disparador configu-rable).

Estas funciones se combinan para hacer del SACE Emax DC de ABB el ACB de referencia para aplicaciones de CC. Ningún otro produc-to del mercado actual ofrece tales prestacio-nes.

Nota a pie de página

*) FieldBusPlug es una tecnología de ABB que per-

mite conectar los mismos dispositivos a distintos

tipos de fieldbus integrando la conectividad en la

conexión.

8 Sensor de corriente de cancelación (interior).

Un salto en la integración

9 Módulo de protección de cancelación autoalimentado.

captación

Bloque de mando

Bobina de disparo

Bobina toroidal

1

2

4 3

c

Acumulador de energía

captaciónROGROG

Bloque de acondicionamiento de corriente

Revista ABB 4/2007

37

Innovación de productos

actuador que sea pequeño, barato y efectivo, de bajo consumo y de alto rendimiento, que al mismo tiempo evite disparos falsos apantallándolo contra los campos electromagnéticos muy altos producidos por las corrientes de cortocircuito que discurren por la barra de potencia. El dimensionado correcto del actuador se calculó por medio de un análisis FEM del campo magnético 7 .

Sensores de la corriente de cancelaciónEl objetivo de los sensores de corriente de cancelación es proporcionar una señal de salida para el caso en que se produzca un cortocircuito transitorio. Esta circunstancia se produce cuando un interruptor que ha sido cerrado an-teriormente en una línea cortocircuitada es activado por otro que se encuentra aguas arriba.

Con esta solución, los clientes evitan la necesidad de combinar varios componentes.

El sensor está formado por dos partes: un transformador de corriente que alimenta el módulo electrónico y la bobina de disparo y una bobina de Rogowski que proporciona la señal que se va a medir. Los sensores pueden garantizar el nivel deseado de precisión para toda la gama de intensidades. También pueden garantizar el nivel de aislamiento adecuado entre las barras del primario y el sistema secundario 8 .

Modulo de protección de cancelación autoalimentadoSe trata de un módulo electrónico ana-lógico diseñado para garantizar una protección instantánea cualesquiera que sean las condiciones de alimentación. La dificultad era asegurar la protección incluso en ausencia de una fuente de alimentación exterior y de tensión de barra. Se ha desarrollado un módulo dedicado 9 (el módulo de protección de cancelación) que debe entrar en acción siempre que esté desconectada la unidad electrónica de disparo.

La unidad está alimentada por un trans-formador de corriente activado por un gradiente de corriente CC durante un cortocircuito. La intensidad se mide con

una bobina de Rogowski. Se proporcio-na así una salida proporcional a la deri-vada de la intensidad. El bloque de acondicionamiento recibe la señal des-de la bobina y la procesa a través de un filtro analógico (o integrador) para re-construir la señal primaria. Se compara esta salida con un valor umbral fijado por medio de interruptores dip y cuan-do se supera este valor umbral se envía una orden de apertura a la bobina de disparo.

En 10a se muestra una simulación utili-zando una corriente primaria. Este ejemplo, registrado durante una prueba, presenta una constante de tiempo de 2 ms procedente de un puente rectifica-dor. La salida del filtro correspondiente tras la integración se muestra en 10b .

Un desarrollo muy conseguidoEl éxito logrado a pesar de todas las dificultades del proyecto condujo al desarrollo de un producto compacto e innovador que proporciona la solución a todas las necesidades posibles de pro-tección y control de los sistemas de CC.

Con esta solución, los clientes evitan la necesidad de combinar distintos com-ponentes y pueden confiar en un pro-

ducto integrado que ha sido probado y certificado por el fabricante. También aporta ventajas importantes por el redu-cido tamaño total de la instalación en comparación con las soluciones con sensores y relés externos, y por la dis-minución de los requisitos técnicos para el cliente.

La disponibilidad de una amplia gama de funciones de protección, medida e interfaz proporciona a los clientes los medios para controlar y proteger mejor sus sistemas eléctricos.

Giovanni Frassineti

ABB SACE S.P.A.

Bergamo, Italia

giovanni.frassineti@it.abb.com

Un salto en la integración

10 Simulación utilizando una corriente primaria con una constante de tiempo de 2 ms procedente de un puente de rectificación a , registrada durante una prueba, y la salida del filtro después de la integración b .

a

b

Corriente primaria

t (s)

0,00 0,01 0,02 0,003 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

-0,5

Am

plitu

d (A

)

× 104

Salida del filtro

t (s)

0,00 0,01 0,02 0,003 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

1,5

1,0

0,5

0,0

-0,5

Am

plitu

d (V

)

*

Revista ABB 4/2007

En el ámbito de la protección y automatización de subestaciones, la publicación de la norma internacional IEC 61850 para la automatización de subestaciones, en vigor desde 2005, se considera un avance importante en la tecnología de la energía eléctrica. Este gran paso ha sido el resultado de la aplicación de la tecnología más avanzada de la información y las comunicaciones a un campo que

Velocidad y calidadEl salto a equipos de alta gama con ingeniería de automatización de subestaciones basada en la IEC 61850Christian Frei, Hubert Kirrmann, Tatjana Kostic, Tetsuji Maeda, Michael Obrist

Innovación de procesos

38 Revista ABB 4/2007

tradicionalmente se limitaba a la transmisión de bits y bytes por cable.Una vez que se ha realizado la transi-ción a la tecnología de información y comunicaciones, se ha abierto todo un mundo de nuevas oportunidades que mejoran la compleja tarea de la ingeniería de los sistemas de automa-tización de subestaciones. ABB ha dado el paso siguiente al desarrollar un potente entorno de ingeniería para

la automatización de subestaciones, desde la especificación del sistema de automatización hasta la prueba de los sistemas. Gracias a esta potente caja de herramientas, ABB ofrece sistemas de automatización de subestaciones y proporciona un funcionamiento sin altibajos en las instalaciones del cliente cuando son necesarios el remodelamiento o el mantenimiento.

39

Innovación de procesos

Las subestaciones son nodos impor-tantes en la red de transporte y

distribución. Dentro de las subestacio-nes, la energía eléctrica se transforma al nivel de tensión adecuado: alta tensión para el transporte, media tensión para la distribución. La transformación se efectúa con transformadores de poten-cia, que pueden alcanzar el tamaño de una vivienda residencial. Además de la transformación, es necesario conmutar la corriente eléctrica, conectándola y desconectándola mediante interruptores automáticos para alimentar las líneas correspondientes. Los interruptores, bajo el control de dispositivos de pro-tección, pueden cortar corrientes muy elevadas en unos pocos milisegundos en caso de emergencia; es decir, pue-den aislar averías en líneas y equipos de subestaciones, evitando así que sus efectos se propaguen por toda la red. Las subestaciones están equipadas tam-bién con diversos equipos de medida para registrar la intensidad y la tensión existentes en las líneas, así como el flujo de energía.

La aparamenta moderna está equipada con diversos sensores y dispositivos electrónicos para recabar la gran canti-dad de información. Un ejemplo de un dispositivo inteligente de ese tipo es la aparamenta híbrida 1 , que incluye potentes interruptores automáticos, seccionadores y unidades de protección y medida integrados en un solo compo-nente. La electrónica interna de control encargada de leer los sensores y dispa-rar los actuadores puede comunicar los datos y analizarlos a fin de proporcio-nar información en tiempo real sobre el estado. Para la compañía responsable de una red que puede abarcar todo un país y que alimenta a numerosas zonas, las subesta-ciones son los puntos de con-trol para que la red funcione y sea estable. En consecuencia, las subestaciones deben garan-tizar un funcionamiento fiable y seguro.Para conseguir estos requisitos de calidad y seguridad, los ingenieros que proyectan, construyen y prueban una subestación deben conducirse con la máxima diligencia. Además del adecuado funcio-namiento físico de todos los

dispositivos de la configuración, el sis-tema de automatización de la subesta-ción que controla la respuesta en tiem-po real debe poder enfrentarse a todas las posibles situaciones que se presen-ten en una red eléctrica compleja.

Salto paradigmáticoHace décadas, el objetivo principal de los ingenieros de subestaciones era desarrollar componentes fiables, como los transformadores o los interruptores, y conectarlos de forma simple para cumplir los requisitos de la subestación. Las señales necesarias para el control del funcionamiento de la subestación se transmitían con un bajo ancho de banda a través de conexiones directas por cable. Los ingenieros diseñaban los sistemas de control de forma que se transmitiera el mínimo número de bytes para que el funcionamiento fuera fiable. Los protocolos que se precisaban para la comunicación de datos estaban diseñados para adaptarse a esta grave limitación del ancho de banda. Con posterioridad, cuando se extendieron las tecnologías de comunicaciones más potentes, como Ethernet, y los protoco-los de red, como TCP/IP, se adaptaron los protocolos tradicionales para que funcionaran con TCP/IP-Ethernet. Aunque el uso de Ethernet y TCP/IP ofrecía más posibilidades para el con-trol de subestaciones, era un método poco ambicioso, ya que admitía las mismas capacidades básicas de los sistemas de energía eléctrica que la versión de enlace serie, pero poco más. Los ingenieros siguieron utilizando los mismos protocolos diseñados anterior-mente para minimizar los bytes en los

enlaces por cable y no aprovecharon las enormes posibilidades adicionales que ofrecían los modernos conceptos de la tecnología de la información. Cuando quedó claro que se producirían importantes avances a consecuencia de aplicaciones más versátiles, la comisión técnica TC57 de la IEC preparó un nuevo protocolo para la automatización de subestaciones, que entraría en vigor a partir de 2005 y que se materializó en la norma IEC 61850 [1]. En muy poco tiempo, la IEC 61850 se convirtió en la norma mundial para la automatización de la electricidad pública, y en la actua-lidad los clientes solicitan que los sumi-nistradores sigan esta norma para casi todas las nuevas subestaciones que se construyen en el mundo.

El paso más importante detrás de esta norma es la aplicación consiguiente de conceptos de tecnologías modernas de información y comunicaciones, con-virtiendo a la IEC 61850 en el iniciador de tendencias para otras áreas de la automatización [2]. Con este enfoque, los objetos físicos de una subestación se pueden describir con un conjunto de aspectos tales como su posición en la subestación, su fin principal, su estado físico y sus requisitos de control.Otorgando nombres normalizados a todos los componentes (llamados nodos lógicos en la presentación abstracta de la subestación) y a sus diversos aspec-tos, se establece una configuración que es neutra con relación al proveedor concreto de los equipos. La norma describe asimismo la forma en que los nodos lógicos se comunican entre sí y con sistemas de control de mayor nivel

en la subestación o con cual-quier otro sistema de control externo.

Dispositivos inteligentesPara hacer total uso de las posibilidades de los potentes sistemas de comunicación, los dispositivos de una subesta-ción deben poder comunicar-se y aportar un amplio con-junto de datos. Este requisito se refleja asimismo en su nombre IEC 61850: Intelligent Electronic Devices (IED) (dis-positivos electrónicos inteli-gentes). Los nodos lógicos de los IED, que representan una parte funcional típica que,

Velocidad y calidad

Revista ABB 4/2007

1 La aparamenta híbrida compacta de 170 kV de ABB combina diversas funciones.

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Innovación de procesos

por ejemplo, puede compendiar deter-minado equipo físico, exponen medios de control sobre dicho equipo o repre-senta una función de protección. Consideremos, por ejemplo, un inte-rruptor automático. La norma define un determinado nodo lógico para identifi-car un interruptor dentro de la red y, a modo de contenedor de la información acerca de la posición del interruptor (abierto, cerrado), el número de opera-ciones, los amperios totales conmuta-dos, la capacidad restante de operacio-nes o el estado de su mecanismo de acción, entre otros. La comunicación

con el IED a través de la IEC 61850 permite que el sistema de automatiza-ción de la subestación identifique de forma automática el dispositivo cuando se le conecta. “Enchufar y utilizar” es una función conocida de todo usuario de ordenador personal cuando conecta un dispositivo externo. Este concepto facilita la instalación de una subestación [3].

Dominio de la información y el flujo de datosSi se dan las condiciones de contorno de la IEC 61850, la tarea del ingeniero

es dominar la enorme cantidad de datos que describen y controlan el funciona-miento de una subestación 2 . La tarea se inicia ya en la fase de especificación de una nueva subestación cuando se define el modelo global de la misma y se ajusta a las necesidades concretas del cliente. El siguiente paso es la especificación detallada de la funcionalidad de las bahías1) y las señales precisas, seguido por la fase de ingeniería, en la que se deben desarrollar todos los elementos del sistema de automatización. Antes de poder poner en marcha el sistema en su emplazamiento definitivo, se debe probar completamente, es decir, tanto en fábrica como en el lugar de la instalación.

Nuevas oportunidades para los clientesLa norma IEC 61850 se ha diseñado para proporcionar a los ingenieros la posibilidad de llevar a cabo todas las funciones descritas anteriormente. Pero para ellos, el camino entre la mera oportunidad y la herramienta real que utiliza con eficacia esas oportunidades es un gran reto: se deben superar mu-chos obstáculos técnicos valiéndose de la creatividad de los expertos en la tec-nología de la información. ABB ha avanzado mucho en esta dirección y en la actualidad está en disposición de utilizar una ingeniería ya madura para la automatización de subestaciones desde la especificación a la prueba de aceptación en las instalaciones. Este entorno de ingeniería no sólo es com-patible con el proceso de diseño, sino que también ofrece un valor añadido cuando se deben remodelar o ampliar subestaciones ya existentes y cuando las partes antiguas de la configuración no satisfacen la nueva norma IEC 61850.

Los pasos innovadores que se tomaron constituyen un ejemplo casi clásico de un proceso de innovación: desarrollo de métodos y herramientas de ingenie-ría de software, como la prueba auto-matizada de códigos de programación y comprobaciones de coherencia entre arquitecturas, que se aplican posterior-mente en el campo tradicional de la automatización de subestaciones, un enfoque habitual para el beneficio mutuo entre distintas tecnologías. A continuación se presentan algunos ejemplos que demuestran el poder de la aplicación de las herramientas

Velocidad y calidad

2 Fases de ingeniería del diseño de un sistema de automatización de una subestación.

Fase de especificación

Especificacióndel sistema de control

Especificación del nivel de la estación

Especificación de la señal

Especificación de la bahía

Diseño técnico de la bahía

Diseño técnicode la señal

Diseño técnico del nivel de la estación

Diseño técnico del sistema de control

Prueba del sistema de control

Prueba de la bahía

Fase de ingeniería Fase de prueba

Revista ABB 4/2007

3 Elementos principales del sistema de automatización de una subestación.

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Innovación de procesos

de prueba de sistemas basada en los conceptos de modelización de la IEC 61850.

3 muestra los elementos principales de un sistema de automatización de subestación diseñado según la norma IEC 61850. Por lo que se refiere a las bahías, los IED pueden comunicar los valores muestreados de tensiones e intensidades por medio de los adecua-dos servicios de comunicaciones periódicas. Las distintas bahías se inter-cambian después los datos sobre even-tos, definidos por el servicio GOOSE2), normalmente mediante un bus de estación. Este bus, que proporciona la conexión física con el nivel de supervi-sión, transporta además la comunica-ción vertical con los dispositivos del nivel de la estación y los centros de control de red que emplean el protoco-lo MMS3). Con las definiciones establecidas en la norma IEC 61850, se puede crear un modelo virtual de la subestación, plani-ficando todas las funciones de los IED y los canales de comunicaciones. En el proceso de diseño de una nueva subes-tación, los ingenieros proyectan el siste-ma de automatización de la subesta-ción, que puede cargarse en la nueva herramienta de prueba a fin de estable-cer el modelo virtual de la misma desde una etapa muy temprana. La herramien-ta de prueba puede también crear el modelo virtual cuando se conecta a una estación ya existente, siempre que esté configurada de acuerdo con la norma IEC 61850. Este paso garantiza que es completa y coherente, y que no es preciso un examen posterior a través del sistema SAS4).

El propio sistema SAS se puede probar de manera parecida cuando se conecta a la herramienta. La herramienta com-prueba la adecuada definición de los nombres o la configuración de informes y eventos, por ejemplo, y simula todos los dispositivos de la subestación que debe considerar el sistema SAS. Esto tiene la gran ventaja de que ya se pueden llevar a cabo pruebas en un entorno de oficina en vez de tener que hacerlo a pie de obra. 4 ilustra directamente el salto paradig-mático cuando se hacen las pruebas con el nuevo entorno de herramientas IEC 61850. Mientras en el enfoque clásico los dispositivos tenían que estar

físicamente presentes y conectados al sistema SAS, la nueva herramienta simula los IED, que se someten a una comprobación previa de coherencia, seguida por pruebas rápidas y eficientes en un entorno de oficina.También es posible el método alternati-vo. Si se dispone de los IED reales sin tener instalado un sistema SAS, éstos se pueden conectar directamente a la he-rramienta, que hará las veces de SAS.

Por supuesto, también se puede probar con el nuevo programa el correcto funcionamiento del tráfico GOOSE. Cuando se comprueba la respuesta a la interconexión lógica de los IED reales, posiblemente en combinación con IED simulados, se pueden detectar fácilmen-te los fallos en la automatización de la subestación. De esa forma, se pueden ejecutar en breve tiempo varios ciclos de pruebas, examinando todo el espec-tro de posibles casos reales.

Ventajas para el clienteLos ejemplos presentados muestran la versatilidad de esta herramienta de in-geniería única de que disponen ahora los ingenieros de ABB.

Facilita los procesos de ingeniería y pruebas, permitiendo la entrega rápida a los clientes de sistemas de AS. Au-menta considerablemente la fiabilidad y las características de “enchufar y funcionar” de las subestaciones, acor-tando las fases de puesta en servicio con sistemas probados previamente con todo el cuidado. También acorta los tiempos de inmovilización en el empla-zamiento del cliente en los casos de remodelación o mantenimiento, gracias a las posibilidades de reunión de prue-bas en el entorno de ingeniería virtual. El desarrollo de una herramienta de

ingeniería tan potente es un modelo de proceso innovador que aporta un valor importante a ABB y a sus clientes.

Christian Frei

Hubert Kirrmann

Tatjana Kostic

Investigación corporativa de ABB

Baden-Dättwil, Suiza

christian.frei@ch.abb.com

hubert.kirrmann@ch.abb.com

tatjana.kostic@ch.abb.com

Tetsuji Maeda

Michael Obrist

Sistemas eléctricos

ABB Switzerland

Baden, Suiza

tetsuji.maeda@ch.abb.com

michael.obrist@ch.abb.com

Notas a pie de página1) Una bahía es el grupo de dispositivos precisos para

supervisar, controlar y proteger una línea de la red.2) GOOSE: Generic Object-Oriented Substation Event

(evento de subestación orientado a objetos genéri-

cos).3) MMS: Manufacturing Message Specification

(especificación de mensajes para la fabricación).

Se ha escogido para la IEC 61850 este protocolo

ISO, diseñado originalmente para un entorno de

fabricación, como el estándar existente más ade-

cuado para este tipo de flujo de información.4) SAS: sistema de automatización de subestaciones.

Referencias

[1] IEC 61850: Communications, networks and

systems in substations (comunicaciones, redes y

sistemas en las subestaciones), International

Standard, 2003.

[2] Kostic, T., Preiss, O., Frei, C. (2005).

“Understanding and using the IEC 61850: a case

for meta-modelling” (Entender y utilizar la IEC

61850: un caso para metamodelización). Elsevier

Journal of Computer Standards and Interfaces,

27/6, páginas 679–695.

[3] Frei, Ch., Kostic, T. “Más allá de la primera

impresión”. Revista ABB 4/2006, páginas 30-33.

4 Simplificación sustancial de la prueba con el nuevo entorno de herramientas IEC 61850.

Velocidad y calidad

Revista ABB 4/2007

Los propietarios de plantas industriales confían con razón en que sus líneas de producción funcionen en todo momento a pleno rendimiento. Cualquier corte en el suministro de un componente o un sistema se traduce directamente en una pérdida de beneficios. Puesto que los equipos técnicos no son inmunes a desgastes y roturas, los operarios de manteni-miento de la planta se limitaban a esperar a que se que se produjese alguna avería. Pero la búsqueda constante de una productividad cada vez mayor para afrontar una competencia que también es cada vez mayor está cambiando este panorama.

ABB, con sus paquetes de servicio a distancia, se encuentra ahora en posición de mantener las líneas de producción en marcha veinticuatro horas al día, siete días a la semana. El servicio a distancia de ABB combina una serie de tecnologías recientes que definen un sistema exclusivo de atención al cliente. En 2007 se adoptaron aún más medidas innovadoras para aumentar el compromiso de ABB de mantener en todo momento el buen estado de los equipos del cliente.

Prosperidad para su línea de beneficioUna nueva dimensión de la atención al cliente con el servicio a distanciaDominique Blanc, John Schroeder

Innovación de procesos

42 Revista ABB 4/2007

Los tiempos han cambiado, espe-cialmente en una planta industrial:

un operario de la planta que descubre un fallo en un componente de una línea de producción ya no tiene que esperar a que un técnico de servicio arregle el problema. Normalmente hacían falta varios días para informar al proveedor de que algo marchaba mal, para que éste enviara un técnico de servicio que examinara la situa-ción, para consultar a un técnico de servicio, para pedir y recibir los repuestos y para llevar a cabo la reparación propiamente dicha. Con el servicio a distancia, se pueden atajar la mayoría de estos pasos que tanto tiempo consumen [1,2].

El servicio a distancia utiliza tecnologías conocidas y de vanguardia para apoyar a los técnicos de la planta, indepen-dientemente del lugar, de una forma que hace sólo cinco años era un sueño. Internet, junto con los avances en las técnicas de comunicaciones y cifrado, han contribuido enormemente a ello. El desarrollo del servicio a distancia es producto directo de las necesidades cambiantes de los clientes, que esperan recibir más apoyo a un coste inferior. El servicio a distancia se ha diseñado para maximizar las bases de conoci-miento de la forma más rentable. El resultado asegura que se dispondrá del mejor conocimiento en el lugar adecua-do y en el momento oportuno para apoyar las inversiones del cliente. Cuan-do hay muchos productos distintos, es-to puede suponer una tarea compleja.

Elementos del servicio a distanciaCon independencia de que el servicio se organice para prestarlo a distancia o en la planta, hay que controlar regular-mente las prestaciones de los equipos. La forma tradicional era comprobar determinados parámetros operativos críticos, como la presión del aceite, el desgaste de los componentes u otras condiciones, y efectuar reparaciones en caso necesario o planificar un manteni-miento preventivo a intervalos fijados.

Con la sofisticada tecnología de senso-res y la inteligencia añadida al dispositi-vo, el control de prestaciones se efectúa ahora de forma continua y se lleva a cabo un análisis de los parámetros controlados en tiempo real. La mayoría de los productos de ABB están equipa-

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Innovación de procesos

pueden comunicar el estado a un cen-tro remoto [7].

El servicio a distancia incluye la alerta automática después de una cuidadosa vigilancia del comportamiento. Esto pa-rece fácil, ya que la mayoría de la gente está habituada a los teléfonos móviles y a las conexiones de alta velocidad con Internet. Pero la realidad es más com-pleja, ya que la comunicación desde los dispositivos al centro de servicio remo-to traspasa los límites de la compañía del cliente y de ABB, lo que requiere la mayor atención para proteger la seguri-dad de los datos. ABB ha desarrollado

procesos que permiten atravesar con seguridad hasta tres cortafuegos y pro-porcionan la mayor seguridad 3 .

Cuando las señales vigiladas llegan al centro de servicio, se analizan automáti-camente con el apoyo del conocimiento acumulado en cientos de años de expe-riencia con los dispositivos examinados. ABB ha organizado el conocimiento de las prestaciones de un equipo en gran-des bases de datos con algoritmos que permiten comparar las prestaciones ac-tuales de un dispositivo con lo “normal” para una flota completa de dispositivos operativos. Esto tiene la ventaja de que

2 DriveMonitor: análisis del pulso del sistema. La información se puede utilizar en varios niveles de diagnóstico (desde el grupo del convertidor a la sección de proceso).

dos con dichos sistemas de vigilancia, y casi todos los parámetros que determi-nan el comportamiento de los dispositi-vos se miden de forma permanente.

En los sistemas de control de procesos, como el System 800 x A, se vigilan, por ejemplo, la utilización de la CPU y de la memoria, el funcionamiento de alertas y alarmas o el tráfico de comunicaciones en red 1 . En los sistemas de control de calidad para papel y pasta de papel se comprueban las prestaciones mecáni-cas, eléctricas y electrónicas y, por ejemplo, la fiabilidad de los controles de bucle [3,4]. Los sistemas de acciona-miento están sometidos a una vigilancia continua de parámetros como la tensión y la intensidad, las revoluciones, el par motor y la potencia en el eje, por men-cionar solamente unos pocos. En las máquinas giratorias, como motores, ventiladores, bombas, compresores o cajas reductoras, se analiza el comporta-miento ante las vibraciones, las pérdi-das de alineación o el desgaste de los cojinetes 2 . El conocimiento obtenido acerca de la influencia de estas pertur-baciones se evalúa mediante algoritmos de predicción para toda la vida útil [5].

Los instrumentos que miden la presión, la temperatura o el caudal también necesitan vigilancia. Lo que aquí precisa una comprobación permanente [6] es, por ejemplo, la variación de tolerancias, los problemas de comunicaciones, la lentitud y la fricción estática1). Los inte-rruptores automáticos son otro produc-to que se debe incluir en la lista. Regis-tran una serie de parámetros operativos esenciales para la tarea de servicio y

Prosperidad para su línea de beneficio

1 Funciones de control de rendimiento del sistema 800xA de ABB.

Optimización del equipo 800xA

Sistema de gestión de información de la planta (PIMS)

800xA System

=

Red de la planta

OptimizeIT Loop Performance Manager

3 Acceso a distancia a dispositivos y sistemas sobre el terreno e informe al técnico de servicio de los datos correspondientes.

Alarma por correo electrónico

Acceso a distancia

Presentación del sistema de gestión de casos de ABB

Red comercial

Red de control

Conexión directa al sistema controlado

Número de caso Detalle de las condiciones

Información del sistema

Estado

Internet

Cortafuegos

Firewall

Revista ABB 4/2007

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Innovación de procesos

el sistema basado en el conocimiento puede también proponer las estrategias más adecuadas para el mantenimiento preventivo, el mantenimiento inmediato o la reparación.

Cada nuevo caso se añade al conoci-miento acumulado, y cuando ese cono-cimiento almacenado no baste para to-mar la decisión óptima, el centro de servicio se reforzará con un equipo de expertos que analiza inmediatamente la situación. Una vez que la situación está clara y se ha tomado una decisión, lla-mar al personal de servicio local y pedir en su caso los repuestos, así como dic-tar las instrucciones adecuadas para el trabajo de servicio propiamente dicho, es cuestión de minutos con la ayuda del sistema basado en el conocimiento.

Robots que hablanABB dispone de una flota de más de 150.000 robots en funcionamiento. Estos robots sueldan piezas de coche, reparan piezas de metal, rectifican piezas de fundición o clasifican trozos de chocolate a gran velocidad [8].

Los robots desempeñan un papel fun-damental para la alta productividad y la disponibilidad de una línea de produc-ción. Cualquier problema o reducción de prestaciones en un robot tiene una

influencia negativa directa en la produc-ción de la línea. El usuario final espera que no haya retrasos ni perturbaciones durante la producción.

De nuevo, en caso de mal funciona-miento, un técnico de servicio consulta-ría el “cuaderno de bitácora” del contro-lador y determinaría la causa de las prestaciones reducidas. Pero esto lleva tiempo, especialmente cuando el técni-co de servicio tiene antes que despla-zarse a la fábrica para establecer el diagnóstico.

ABB ha desarrollado un módulo de comunicaciones que se puede conectar fácilmente al controlador del robot, sea de generación antigua o nueva. Este módulo lee los datos del controlador y los envía directamente a un centro de servicio remoto, donde se analizan los datos automáticamente. Éste es otro ejemplo de las aplicaciones cada vez más numerosas de la tecnología de máquina a máquina, que ABB ha enca-bezado en el mundo de los robots. Al acceder a toda la información rele-vante 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. Por tanto, se pueden resolver muchos problemas sin intervenir en la planta. En caso de que sea necesaria la inter-vención sobre el terreno, ésta será rápida y mínima, apoyada por el diag-nóstico a distancia precedente 4 .

El análisis automático no sólo emite una alerta cuando se produce un fallo en el robot, sino que además predice cual-quier dificultad que pudiera presentarse en el futuro. Para ello, se analizan regu-larmente las prestaciones del robot y se avisa automáticamente al equipo de apoyo en caso de alguna desviación del estado. La ventaja que obtiene el cliente con este innovador cambio de paradig-ma en la forma en que se presta el servicio es obvia, y ABB dispone de un registro de datos impresionante sobre los ahorros conseguidos.

ABB está orgullosa del eficaz servicio a distancia que presta a sus clientes, un servicio que envía de forma virtual un equipo de expertos informado al em-plazamiento del cliente de la forma más rentable. En cualquier momento y

desde cualquier lugar, un usuario puede verificar el estado de los robots y acce-der a información de mantenimiento importante sobre el sistema de robots conectándose a la página web MyRobot de ABB 5 .

El servicio a distancia reduce considera-blemente los tiempos de inmovilización de los equipos y el esfuerzo de mante-nimiento en fábrica. Con la tecnología segura y probada de conexión a distan-cia, el cliente tiene la certeza de dispo-ner de los mejores expertos las 24 horas del día y los 7 días de la semana. El servicio a distancia es un ejemplo llamativo de la gestión innovadora de procesos de ABB. Esta nueva tecnología se pone a disposición de los clientes como parte del contrato de servicio.

Dominique Blanc

Robótica de ABB

Västerås, Suecia

dominique.blanc@se.abb.com

John Schroeder

Tecnologías de automatización de ABB

Westerville, Ohio, EE.UU.

john.schroeder@us.abb.com

Nota a pie de página1) La fricción estática se denomina a veces en inglés

stiction.

Referencias

[1] Cheever, G., Schroeder, J. (2007). “Remote

services”, ABB Review Special Report Automation

Systems, páginas 13–16.

[2] Pinnekamp, F. (se publicará en 2008). “Service

Automation”. Ed. Shimon Nof, Automation Hand-

book, Elsevier Publishing.

[3] Horch, A. (2007). “Control loops – pleasure or

plague”, ABB Review Special Report Automation

Systems, páginas 25–29.

[4] Rode, M., Dombrowski, U., Budde, J. “Lo que

pueden decirnos los bucles”, Revista ABB

3/2007, páginas 76–79.

[5] Wnek, M., Orkisz, M., Nowak, J., Legnani, S.

(2007). “Drive monitor”, ABB Review Special

Report Automation Systems, páginas 21–24.

[6] Keech, R., Hayes, B., Mizzi, T. (2006).

“AquaMasterTM”, ABB Review Special Report

Instrumentation & Analytics, páginas 6–9.

[7] Reuber, C., Gritti, P., Tellarini, M., Helmbach, M.

“Integrado”, Revista ABB 1/2004, páginas 17–21.

[8] Fixell, P., y otros. “Un movimiento que acaricia”,

Revista ABB 4/2007.

4 Los datos del controlador del robot están disponibles en el ordenador personal del técnico de servicio a distancia por medio de un enlace de comunicaciones directo.

5 Los clientes pueden examinar los datos de sus robots en su propia página persona-lizada de Internet, MyRobot.

Prosperidad para su línea de beneficio

Revista ABB 4/2007

El suministro fiable de energía eléctrica es esencial, y un fallo en cualquiera de los equipos instalados es costoso, no sólo para las empresas generado-ras, sino también para la industria manufacturera. Una instalación eléctrica puede perder ingresos e incurrir en penalizaciones por las interrupciones del servicio, mientras que el fallo de una transformación industrial puede, por ejemplo, provocar tiempos muertos de larga duración y, por ende, muy costosos. ABB, utilizando soluciones especializadas, ayuda a las compa-ñías eléctricas y a las industrias muy consumidoras de electricidad a mejo-rar la eficiencia de los equipos y de producción y la fiabilidad reduciendo al mínimo el número de fallos y volviendo a poner en servicio el equipo en el menor tiempo posible en caso de que se produzca alguno.

Pero los tiempos de parada se han acortado aún más con determinados procesos de ABB recientemente desarrollados que permiten la reparación, modificación y renovación de los transformadores íntegramente en el lugar de instalación. Estas operaciones, reunidas y comercializadas bajo el nombre de TrafoSiteRepairTM, son una combinación de años de experiencia y tecnología de última generación, y los aproximadamente 200 grupos que operan en 25 países son buena prueba de su éxito.

Transformación sobre el terrenoTrafoSiteRepair™ combina lo antiguo con lo nuevo para mejorar la disponibilidad de los transformadores de potenciaLars Eklund, Pierre Lorin, Paul Koestinger, Peter Werle, Björn Holmgren

Innovación de procesos

45Revista ABB 4/2007

Aunque un transformador falle en una fundición de aluminio por

electrólisis, la producción no se ve afec-tada de forma inmediata, porque el pro-pietario de la instalación tuvo la previ-sión de instalar equipos redundantes en el sistema. Pero el propietario sabe que la pérdida de otro componente clave sería costosa en términos de tiempo de parada y pérdida de producción, por lo que el transformador debe ser reparado o sustituido lo antes posible.Por lo general, un transformador de po-tencia se puede mantener y restaurar en el lugar de instalación. Sin embargo, las grandes intervenciones, como la repara-ción o la sustitución de los bobinados, obligan a transportar el transformador a unas instalaciones en las que se dispon-ga de los equipos y del espacio necesa-rios. Si el transformador es voluminoso y la distancia a dichas instalaciones es grande, el tiempo de transporte y los costes y riesgos que la operación lleva aparejados influirán decisivamente en el tiempo que tarde el transformador en entrar de nuevo en servicio. Por desgra-cia, poner un transformador en orden de servicio de esta forma puede llevar entre dos y veinticuatro meses. Para solucionar estos problemas, ABB co-menzó a trabajar hace algunos años en el desarrollo de procesos que permitie-ran a los técnicos llevar a cabo grandes reparaciones en el lugar de instalación.El resultado es un proceso innovador que combina lo antiguo con lo nuevo. Ahora, ABB no sólo es capaz de reparar

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Innovación de procesos

grandes, que pesan hasta 400 toneladas.Se puede llevar el taller al transforma-dor en lugar de hacer lo contrario, pero para ello es preciso vencer algunos obs-táculos. El primero es la necesidad de poder efectuar pruebas fiables durante las distintas etapas de la reparación, modificación o restauración. La prueba de alta tensión, que es la prueba final que se lleva a cabo antes de la instala-ción y puesta en marcha, fue la que planteó más dificultades. En el pasado, para las pruebas de alta tensión de los transformadores de potencia realizadas en el lugar de instalación se utilizaban conjuntos motor-generador. Los conjun-tos de motor-generador son muy pesa-dos y, por lo tanto, difíciles de transpor-tar. Carecen también de la flexibilidad necesaria para adaptarse a las frecuen-cias de prueba de los distintos transfor-madores, y en cambio necesitan una ca-pacidad superior a la potencia necesaria para la prueba. Además, hay que tener en cuenta las necesidades de manteni-miento sobre el terreno. Para superar los problemas de portabilidad y flexibi-lidad, ABB ha desarrollado, conjunta-mente con proveedores de sistemas de ensayo y de convertidores electrónicos de alta potencia, un sofisticado Sistema móvil de pruebas en alta tensión.El segundo obstáculo era el sistema de secado. La humedad es el enemigo de los aislantes orgánicos (por ejemplo, papel aislante) en transformadores de potencia, porque acelera el proceso de degradación que a su vez afecta a la fiabilidad del transformador y reduce su vida útil. Por lo tanto, es de la mayor importancia secar el papel aislante de un transformador siempre que éste haya estado expuesto a la intemperie. Para ello, ABB ha desarrollado un inno-vador sistema de secado de transforma-dores sobre el terreno basado en una corriente de baja frecuencia. Conocido

como sistema de secado por calenta-miento en baja frecuencia, se utiliza en combinación con el método de pulveri-zación de aceite caliente y, en compara-ción con otros métodos, reduce consi-derablemente el tiempo de secado y proporciona un más que satisfactorio nivel de humedad de menos del uno por ciento.Estas dos innovaciones se tratan con mayor detalle en los apartados siguien-tes.

Sistema móvil de pruebas en alta tensiónEl sistema móvil de pruebas en alta ten-sión de ABB se puede utilizar para pro-bar incluso los mayores transformado-res de potencia existentes. Un laborato-rio completo de pruebas cabe en un contenedor de 40 pies (unos 12 metros), que se puede transportar fácilmente por tierra, mar y aire 1a-1c . El núcleo del sis-tema es un potente convertidor estático de frecuencia que puede generar la potencia de prueba necesaria en una gama de frecuencias comprendida entre 40 y 200 Hz. Esto permite realizar las pruebas a la frecuencia más favorable, determinada por normas acordadas in-ternacionalmente, para reducir al míni-mo la potencia necesaria para la prue-ba. El sistema móvil realiza pruebas de tensión aplicada e inducida que se pueden combinar con las mediciones de descargas parciales (PD) para eva-luar la integridad del equipo. También se pueden realizar mediciones de pérdidas e impedancia sin carga.El circuito para una prueba de tensión inducida se esquematiza en 2 . En esta situación, el convertidor de frecuencia se puede ajustar a la frecuencia de au-tocompensación del circuito de la prue-ba, que en el caso de un transformador de potencia está normalmente entre 70 y 120 Hz. Realizando la prueba a

1a El sistema móvil de pruebas en alta tensión llega en un contenedor de 12 metros.

1b Sala de control del sistema móvil de pruebas en alta tensión.

1c Disposición del sistema para probar un transformador en una central nuclear.

el transformador y ponerlo nuevamente en servicio en menos de siete meses como media, sino que puede incluso mejorar la calidad de los trabajos de reparación. TrafoSiteRepairTM es una so-lución para reparar, modificar y restau-rar los transformadores en el lugar de instalación. Consta de procesos de reparación verificados que tienen la misma calidad y cumplen las mismas normas que los aplicados en instalacio-nes de reparación especializadas. Hasta la fecha se han reparado o restaurado unas 200 unidades, que incluyen trans-formadores y reactores de suministro de energía, industriales y de alta tensión en corriente continua (HVDC), y en muchos casos se ha aplicado además la tecnología de transformadores más avanzada, lo que ha permitido aumen-tar la capacidad de los equipos.

El proceso TrafoSiteRepair™Una factoría y taller de fabricación y re-paración de equipos de alta tensión se caracteriza por su disposición ordenada, su limpieza y su entorno bien controla-do. Dispone también de equipos de elevación de elementos pesados, de he-rramientas y sujeciones especiales, de laboratorios de pruebas de alta tensión y de operarios expertos para todas las etapas del proceso. Para reparar con éxito un transformador en distintas situaciones, es preciso crear sobre el terreno el mismo entorno que en una instalación interior. Si en las instalacio-nes de un cliente no se dispone de for-ma inmediata de una zona de repara-ciones, se creará un taller provisional equipado con el mismo tipo de herra-mientas y equipos utilizados en fábrica. Si es preciso, también se montarán equipos de elevación de componentes pesados. Esto es necesario para extraer y volver a introducir los componentes activos de los transformadores más

Transformación sobre el terreno

Revista ABB 4/2007

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Innovación de procesos

esta frecuencia, la potencia necesaria para el circuito de prueba se limitará únicamente a las pérdidas activas. El transformador de adaptación está dise-ñado para adaptarse al intervalo normal de tensión que se aplica a los devana-dos terciarios de tensión de los transfor-madores de potencia.Para una prueba de tensión aplicada, un circuito de resonancia está formado por la capacitancia del objeto de las pruebas y el reactor de resonancia del circuito de prueba 2 . Estos dos compo-nentes definen una frecuencia de reso-nancia determinada que es detectada automáticamente por el sistema de con-trol del convertidor de frecuencia.

Secado de transformadores de potencia sobre el terrenoMantener seco el aislamiento es de la mayor importancia. Los componentes del bobinado y el aislamiento se fabri-can en una de las fábricas de transfor-madores de ABB y a continuación se someten a fases de vapor y se impreg-nan. Antes de su envío y mon-taje se embalan cuidadosamen-te para mantener el grado de sequedad necesario. Sin embar-go, el papel aislante y los com-ponentes de celulosa se ven afectados en el proceso de re-paración por su exposición a la intemperie durante el montaje, por lo que deben secarse debi-damente. La humedad no sólo acelera el proceso de degrada-ción, sino que también influye directamente en la fiabilidad del transformador, ya que las gotitas de agua pueden provo-car un cortocircuito interno.

Un proceso típico de secado para trans-formadores de potencia utiliza vacío y calor, si es posible al mismo tiempo. Pero el vacío aísla térmicamente la par-te interior del transformador (de forma muy similar a lo que ocurre en el inte-rior de un termo) y hace prácticamente imposible la transferencia de calor a los bobinados. En cambio, los procesos convencionales de secado sobre el te-rreno suelen incluir un ciclo de calor seguido de un ciclo de vacío. Estos procesos pueden durar varias semanas antes de alcanzar el nivel de humedad correcto. Otros inconvenientes son: Una temperatura de secado limitada, pues el medio de transferencia de calor es aceite.

Una caída sustancial de la temperatu-ra durante los ciclos de vacío a causa de la energía necesaria para evaporar la humedad.

Se necesitan varios ciclos de calor, que exponen el papel aislante al ca-lor y al oxígeno y someten el aisla-miento a tensión.

Los procesos de pulverización de aceite no pueden llegar a la parte in-terior de los devanados debido a una cubierta protectora.

Para superar estos inconvenientes, ABB ha desarrollado su nuevo sistema de se-cado de transformadores sobre el terre-no conocido como calentamiento a baja frecuencia (LFH). El LFH, junto al méto-do de pulverización de aceite en calien-te 4 y 5 , calienta uniformemente los devanados de baja y alta tensión en el vacío utilizando una corriente de baja frecuencia (alrededor de 1 Hz.). El siste-ma LFH calienta los devanados desde el interior, mientras que el método de pul-verización de aceite caliente eleva la temperatura de la parte exterior del ais-lamiento. La principal ventaja de este proceso es la rapidez de secado. En comparación con sistemas eficaces co-mo la circulación de aceite caliente o la pulverización de aceite caliente, el LFH multiplica la velocidad de secado por un factor de dos a cuatro. Los procesos de aceite caliente y vacío o de pulveri-

zación de aceite caliente se utilizan también con Trafo-SiteRepairTM y aumentan la calidad de los trabajos de reparación, pero el LFH se considera la solución más eficaz cuando el tiempo de reparación es crítico.

El método DFRUna vez terminado el secado, es necesario determinar el grado de humedad residual del aislamiento de celulosa del transformador. Esto se ha hecho tradicionalmente con muestras y bloques de prueba

Transformación sobre el terreno

2 Esquema para pruebas de tensión inducida.

Sistema móvil de pruebas en alta tensión

Transformador en pruebas

Dispositivos del operario

Control de convertidor

Equipo de medición y registro

Descargas parciales (PD)

Conexión por Internet con el centro de

asistencia técnica

Convertidor de frecuencia

Transforma-dor de

adaptación

3 Esquema para pruebas de tensión aplicada.

Sistema móvil de pruebas en alta tensión

Dispositivos del operario

Control de convertidor

Equipo de medición y registro

Conexión por Internet con el centro de asistencia técnica

Convertidor de frecuencia

Transforma-dor de

adaptación

Reactor de reso-nancia

Transformador en pruebas

Filtro de altatensión

4 Esquema de instalación para un proceso LFH móvil en combinación con pulverización de aceite caliente.

Cortocircuito en baja tensión

Alta tensión

Convertidor LFH

Planta de tratamiento de aceite

Válvula de control de vacío

Toberas de pulverización

Bombas de vacío

≈∼≈∼

Revista ABB 4/2007

48

Innovación de procesos

extraídos del transformador utilizando el método de Karl Fisher (KF). ABB ha ideado un método alternativo basado en una herramienta de diag-nóstico recientemente desa-rrollada, una prueba de res-puesta dieléctrica en frecuen-cia (DRF) para pruebas del sistema de aislamiento de transformadores. Este nuevo método compara mediciones del factor de potencia en un amplio intervalo de frecuen-cias, proporcionadas por el ensayo DFR, con un modelo de transformador basado en las propiedades dieléctricas de la celulosa impregnada en aceite en diversas condicio-nes. La información de detalle necesaria para el modelo se obtiene de los planos de fabricación del sistema de aislamiento del transformador.

Dado que el efecto de la humedad y la contaminación iónica sobre las propie-dades dieléctricas del sistema de aisla-miento es más pronunciado a frecuen-cias bajas, el intervalo preferente de medición de frecuencias está entre 1 mHz y 1 kHz. Las propiedades dieléc-tricas evaluadas por el ensayo DFR son las capacitancias (o permisividades) rea-les e imaginarias y el factor de disipa-ción. La figura 6 es un ejemplo de una medición DFR para un transformador con una humedad del 0,5 % y del 3 %.Esta medición DFR se compara a conti-nuación con el modelo que representa los materiales y la estructura del aisla-miento del transformador que se ha medido. En el procedimiento de crea-

ción del modelo, las entradas son la información de diseño y los datos de la prueba DFR que se acaba de describir. Un algoritmo calcula la respuesta del modelo del sistema compuesto, y los valores de “humedad en celulosa” y “conductividad del aceite” se optimizan a continuación para crear el mejor ajus-te de la curva calculada de respuesta a los datos medidos de DFR.Las dos ventajas principales de este método sobre el KF son: Se puede evaluar el estado del aislamiento sin tener que abrir el transformador.

Las medidas tomadas a distintas frecuencias proporcionan más infor-mación que hace posible distinguir por separado las propiedades de la celulosa y del aceite aislante.

Además, el DFR es un ensayo no des-tructivo que proporciona una evalua-ción general de la humedad dentro del bloque de aislamiento de forma más precisa que los ensayos KF con mues-tras locales de papel. La humedad eva-luada es también más representativa que una medición del punto de rocío, que es más sensible a la humedad su-perficial que a la humedad del bloque de aislamiento. Cuando se compara con un ensayo de factor de potencia, la prueba DFR diferencia mejor entre humedad y contaminación y humedad en el papel y mayor conductividad del aceite. Y, por último, la evaluación de la humedad en un transformador des-pués de su reparación y antes de volver a ponerlo en servicio es difícil con una muestra de aceite, dado que la preci-

sión de la evaluación es defi-ciente a bajas temperaturas. La prueba DFR ha demostrado también su utilidad para descu-brir otros defectos del aisla-miento en transformadores, como la mala puesta a tierra del núcleo o los depósitos de hollín. Por estas razones, ABB utiliza el DFR como herramien-ta de control de calidad des-pués de las reparaciones.

La ventaja de trabajar sobre el terrenoLa reparación, modificación o restauración de transformado-res de potencia sobre el terre-no, independientemente de que estén instalados en subes-taciones de transmisión o dis-

tribución, en generadores de potencia o en industrias consumidoras de energía, se consideran desde hace tiempo la me-jor forma de volver a poner estos equi-pos en servicio en el plazo más corto posible. TrafoSiteRepair™ de ABB ofre-ce mayor rapidez que nunca y minimiza los tiempos de parada del transforma-dor, los cortes de suministro de energía y, lo que es más importante, la pérdida de ingresos para el propietario. Es el resultado de procesos innovadores creados en un entorno innovador por personas innovadoras.

Lars Eklund

Productos eléctricos de ABB

Ludvika, Suecia

lars.i.eklund@se.abb.com

Pierre Lorin

Productos eléctricos de ABB

Ginebra, Suiza

pierre lorin@ch.abb.com

Paul Koestinger

Productos eléctricos de ABB

Baden, Suiza

paul.koestinger@ch.abb.com

Peter Werle

Productos eléctricos de ABB

Halle, Alemania

peter.werle@de.abb.com

Björn Holmgren

Investigación corporativa de ABB

Västerås, Suecia

Bjorn.holmgren@se.abb.com

5 Secado sobre el terreno de un autotransfor-mador de 750 MVA/500 kV de tipo núcleo con calentamiento LFH y pulverización de aceite caliente.

Transformación sobre el terreno

6 Representación gráfica de una prueba de DFR para un transformador con una humedad del 0,5 % y del 3 %. El modelo se adapta al trans-formador con un 3 % de humedad.

Modelo

Transformador seco

Transformador húmedo

Revista ABB 4/2007

Integración garantizadaLa Tecnología Analítica de Procesos (PAT) se eleva a un nivel superiorChris Hobbs

Innovación de procesos

49Revista ABB 4/2007

En la industria farmacéutica, se tarda unos 12 años en sacar al mercado un medicamento nue-vo, con un coste superior a los 800 millones de dólares. Aunque ésta es sin duda una cifra im-presionante, tenderá a aumentar, ya que los nuevos productos farmacéuticos, cada vez más es-pecíficos para enfermedades determinadas, son más costosos de desarrollar. El resultado final es un aumento de los costes de desarrollo y una disminución de los beneficios. Pero este au-mento de las inversiones no parece haber influido en el número de nuevas entidades químicas (NCE) que consiguen la autorización. Por el contrario, la proporción de autorizaciones está dis-minuyendo. Además, el incremento de los costes ha obligado al sector a investigar formas inno-vadoras de aumentar su eficiencia, tanto en la creación de nuevos medicamentos como en la fabricación de los existentes. Una de las principales iniciativas, cuya influencia es ya apreciable, se presentó en 2002 y se denomina Tecnología Analítica de Procesos (PAT). La esencia de cual-quier PAT es el analizador de procesos. Sin embargo, la existencia de múltiples plataformas de analizadores y la ausencia de algún tipo de normativa de intercambio de datos ha provocado la creación de “islas de PAT”.

El problema –hasta ahora– ha sido la falta de alguna forma de solución integrada. En los últimos años, ABB ha trabajado estrechamente con importantes laboratorios farmacéuticos, lo que ha resultado en la presentación en 2007 de “Industrial IT” de ABB para la tecnología analítica de procesos. Esta solución específica y escalable cumple los principales requisitos de una solución PAT verdaderamente integrada.

50

Innovación de procesos

Los procesos farmacéuticos de fabricación son muy complejos.

La calidad, el rendimiento y el coste de explotación se ven afectados por la interacción de muchas variables. Pero la mejora del rendimiento nunca ha si-do más crítica para tener éxito y sobre-vivir, y conseguirlo depende en gran medida de hasta qué punto se com-prenda la compleja variabilidad del pro-ceso. En la industria farmacéutica se uti-lizan para este fin los analizadores de procesos, además de las variaciones de control de calidad en el proceso de producción. La tecnología de analizado-res se ha utilizado con éxito en los ci-clos de I+D y de producción en opera-ciones unitarias, tales como mezclado y secado, y está desempeñando un papel cada vez más importante en la identifi-cación y el conocimiento de las varia-ciones que se producen entre los equi-pos de laboratorio y de producción en las operaciones de aumento de escala. La repercusión de esta tecnología es tan importante que constituyó un elemento fundamental de la iniciativa PAT (Tec-nología Analítica de Procesos)1) que presentó la Administración de Alimen-tos y Medicamentos (FDA) de Estados Unidos en 2002.Cinco años después, esta iniciativa se ha materializado en una serie de com-pañías analizadoras y otros integradores que suministran sus propias soluciones informáticas individuales capaces de controlar operaciones de una unidad y que pueden exportar valores pronosti-cados, tales como el contenido de hu-medad o el tamaño medio de las partí-culas, a sistemas DCS y SCADA de ter-

ceros. En otras palabras: hay diversos analizadores PAT que pueden utilizarse en operaciones individuales, como con-trol de reacciones, fermentación, mez-clado y secado. Sin embargo, la existen-cia de múltiples plataformas de analiza-dores y la ausencia de toda normativa real de intercambio de datos ha provo-cado la creación de “islas de PAT”. Re-unir información de distintas operacio-nes es complicado, ya que todos los analizadores tienen interfaces de usua-rio y formatos de datos distintos. Para superar esta limitación, son necesarias nuevas herramientas para ejecutar PAT complejas utilizando una interfaz están-dar y fácil para PAT.

PAT: el siguiente nivelLas compañías farmacéuticas han estado investigando recientemente la posibili-dad de utilizar el control basado en analizadores, de forma que los procesos tradicionales por lotes se puedan ejecu-tar de manera continua. Para poder ha-cerlo con éxito, se necesita la coordina-ción de múltiples analizadores que mi-dan distintos tipos de datos para distin-tas operaciones. Es precisa una estrecha integración con la tecnología de control e información existente para controlar y mantener un registro electrónico del proceso de producción.Las iniciativas conjuntas entre compa-ñías de control de procesos y de análi-sis han producido soluciones personali-zadas que han contribuido a alcanzar este objetivo. Sin embargo, las diferen-cias fundamentales de tipos y cantidad de datos recopilados han sometido a tensión los entornos tradicionales de

control y gestión de datos. Las platafor-mas de analizadores producen grandes cantidades de datos de distintos forma-tos (p. ej., espectros, gráficos de barras, cromatogramas e imágenes). Éstos re-quieren a su vez grandes dispositivos de almacenamiento de datos que están muy por encima de lo que se dispone normalmente en entornos DCS o SCA-DA. Los datos de conocimiento proce-dentes de distintas plataformas de anali-zadores deben sincronizarse con datos de otros sistemas de terceros, tales co-mo DCS, SCADA y LIMS, y almacenarse en una estructura definida por un deter-minado modelo de producción (p. ej., la norma de control S882) de lotes). Por ultimo, es necesario que los datos sean fácilmente accesibles para sistemas de gestión de producción de terceros, así como para otros sistemas de gestión del ciclo de vida y reguladores para crear lo que se conoce como un entorno de Gestión de Producción en Colaboración (CPM), que liga el proceso con el siste-ma de gestión de la producción. En su-ma, para que esto sea posible, se nece-sita un sistema informático integrado y flexible. La buena noticia es que esta solución ahora existe.

Integración garantizada

Nota a pie de página1) “PAT es un sistema para diseñar, analizar y controlar

la fabricación por medio de mediciones obtenidas en

el momento adecuado (es decir, durante el proceso)

de atributos críticos de calidad y rendimiento de ma-

teriales de partida y en proceso y de procesos con

objeto de garantizar la calidad final del producto.”

(www.fda.gov/Cder/OPS/PAT.htm, octubre de 2007)2) La S88 es una norma de control de procesos por

lotes. Es una filosofía de diseño para software,

equipos y procedimientos.

1 El modelo PAT.

PNT

Ejecutar

Resultados de laboratorio

Procedimiento del método

PATDatos

matriciales, p.ej, espectros, etc.

Datos del proceso

Configuraciones de

instrumentación

Valores previstos por

el modelo

Registro indiferente a la plataforma (XML, CSV,

PDF…)

Formato binario del gestor de

datos PATDatos

espectralesDatos numéricos

Alarmas y sucesos

Trazabilidad

A pesar del enorme incremento de los fondos para investigación, el número de tratamientos nuevos que se aprueban cada año ha disminuido. (Fuente: Datamonitor, PhRMA).

'86 '87 '88 '89 '90 '91 '92 '93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02

Inve

rsió

n en

I+D

en

EE

UU

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mill

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30$

20$

10$

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60

40

20

0

Revista ABB 4/2007

51

Innovación de procesos

Exactamente lo que el sector solicitaABB es un proveedor tanto de sistemas de control como de soluciones de análisis, que a lo largo de los últimos años ha utilizado sus conocimientos y especialización en dichas áreas para constituir colaboraciones provechosas con importantes compañías farmacéuti-cas. Estas colaboraciones han culmina-do en la presentación en 2007 de “Tecnología de la información indus-trial ABB (IIT) para la tecnología analí-tica de procesos”. Esta solución, especí-fica y escalable, satisface muchas de las principales necesidades de una solución PAT verdaderamente integrada, e incluye: Una interfaz hombre-máquina común para todos los tipos de analizador.

Un exportador de datos, que permite la extracción de datos de punto único y secuenciales sincronizados recogi-dos a partir de múltiples plataformas de analizador mediante equipos espe-cíficos, o la transferencia directa de datos a paquetes de creación de mo-delos de terceros.

Un adaptador universal para permitir una interfaz sencilla con dispositivos de análisis nuevos y existentes.

Un método central de configuración de PAT que incluye el control de ver-siones. Un almacenamiento de datos centralizado del tipo S88 para todos los datos y tipos de datos, incluidos los matriciales (p. ej., espectros o his-togramas), predicciones, estadísticas, alarmas, sucesos y trazabilidad.

La posibilidad de operar con múlti-ples analizadores/canales de analiza-

dores al mismo tiempo en varias ope-raciones unitarias.

La posibilidad de detener y reconfigu-rar un analizador durante la ejecución de un procedimiento PAT mientras otros analizadores siguen operativos.

Admite el uso de firmas electrónicas. Cumple las directrices 8, 9 y 10 (pro-visionales) de la ICH.

Un enfoque verdaderamente integradoCon la solución ABB, un usuario puede partir de una operación unitaria antes de aumentar la escala para adaptarla a múltiples plataformas de analizadores distribuidas entre distintas operaciones unitarias e instalaciones de producción. Puede funcionar por sí misma o con plataformas DCS/SCADA existentes. Además, se puede integrar sin solución de continuidad con el sistema propio de ABB de control distribuido y seguri-dad 800xA.Para superar el problema de interfaz con formatos muy diversos de datos de analizadores, ABB ha creado controla-dores estándar para permitir que los dispositivos de análisis existentes y nue-vos se conecten con la plataforma del controlador de analizadores FTSW800. Esto se mejora aún más gracias a un conjunto de herramientas que permiten a los integradores de terceros o a otros proveedores de plataformas de analiza-dores crear su propia interfaz con el estándar de ABB.

Desarrollo de estándares de datosPara que una solución sea realmente in-tegrada, el intercambio de datos entre dispositivos analíticos y plataformas de

terceros debe producirse sin solución de continuidad. Esto se pude conseguir si existe un estándar común que defina este enfoque. ABB ha estado detrás de la formación de un grupo de trabajo OPC3) cuyo objeto es definir un enfo-que normalizado de interfaces de anali-zadores en una UA (arquitectura unifi-cada) en OPC. La idea del grupo es proporcionar a los proveedores un me-dio de programar controladores están-dar de dispositivos que difundan las po-sibilidades de los analizadores de pro-ceso y de laboratorio mediante enlaces de datos OPC UA. Estos controladores darán acceso completo a todos los da-tos de bajo y alto nivel y serán compati-bles con entornos de fabricación regula-dos. El grupo de trabajo OPC se creó concretamente para abordar los requisi-tos PAT de las ciencias de la vida.

Gestión de los datosPara que los datos PAT sean útiles, se deben almacenar de forma estructurada y conforme a la normativa, de modo que puedan verse, exportarse y validarse fá-cilmente. Normalmente, esto exige cono-cer en qué etapa está el proceso y qué equipo de proceso, toma del equipo, analizador y canal de analizador están en uso. Dado que no todos los analizadores funcionan en tiempo real –y los que lo hacen pueden estar tomando muestras en distintos tiempos– los datos deben sincronizarse para proporcionar una re-ferencia de marco temporal común.Para conseguirlo, ABB ha incluido un

2 Las pantallas de tendencia preconfiguradas facilitan el acceso a las predicciones del modelo y a las puntuaciones y estadísticas.

3 La herramienta de análisis de datos ofrece vistas en 2 y 3 dimensiones.

Nota a pie de página3) OPC es un protocolo estándar de comunicaciones.

Integración garantizada

Revista ABB 4/2007

52

Innovación de procesos

gestor de datos dentro de su solución IIT PAT. Este gestor de datos garantiza que todos los datos estén almacenados según el tipo S88. Cumplir las directri-ces S88 significa que también se incluye la información referente a la ubicación de una sonda de análisis, así como el lote al que pertenecen los datos analíti-cos. Los datos se almacenan por hora y fecha utilizando un motor histórico me-jorado capaz de almacenar distintos for-matos, incluyendo información matricial (espectral, cromatográfica), de punto único (valores predictivos y sus estadís-ticas asociadas) y de sucesos (alarmas, trazabilidad). Tal combinación garantiza que los datos del método PAT se puedan identificar fácilmente por lote, analiza-dor de equipo y canal. Por último, la incorporación de un motor de exporta-ción específico permite al usuario ex-portar datos, utilizando la misma estruc-tura de tipo S88, en formatos compati-bles con paquetes de creación de mo-delos de terceros.

El método PAT Un método PAT es un conjunto de ins-trucciones que dictan la operación, el desarrollo y la validación de modelos basados en el analizador. Estos modelos vigilan, predicen y controlan el Atributo Crítico de Calidad (CQA).El método PAT 1 se configura gráfica-mente y describe 2 el área de produc-ción y el equipo de analizador que pro-porcionarán los datos y dicta la estruc-tura de almacenamiento de datos y la configuración del analizador. Se contro-la en función de la versión, y un con-junto de bibliotecas basado en tipos de analizadores permite una configuración

rápida y eficaz. Puede funcionar como función aislada o se puede activar ex-ternamente desde plataformas de terce-ros, tales como sistemas existentes DCS/SCADA o gestores de lotes.

Visualización de los datosEl procedimiento del método PAT se puede programar o activar remotamente por etiquetas OPC y, una vez en funcio-namiento, se puede seguir su progreso utilizando la herramienta del gráfico de función de procedimiento. La informa-ción del analizador se envía a placas de librería y pantallas gráficas estándar4). Además de valores de datos brutos, también se presentan metadatos del método PAT (nombre, versión, nombre del equipo y del puerto y principales diagnósticos del analizador). Las panta-llas de tendencia preconfiguradas pro-porcionan un acceso sencillo a las pre-dicciones del modelo y a las puntuacio-nes y estadísticas correspondientes 2 . Los niveles preconfigurados de avisos y alarmas se presentan en forma de ten-dencias para dar una indicación precoz de las desviaciones de la calidad.

Análisis de datos y creación de modelosABB proporciona su propio análisis PAT de datos y la capacidad de exportar datos a herramientas de terceros. Además: Proporciona un gestor de datos al gestor de información.

Presenta datos analíticos. Proporciona vistas en 2 y 3 dimensio-nes de los datos. 3

Proporciona asistentes para la crea-ción de modelos univariable y multi-variable.

Es compatible con modelos MLR, PLS1, PLS2, PCA y PCR.

Exportación de datosExisten en el mercado distintos paque-tes de creación de modelos y analíticos que sólo aceptan datos en algún forma-to común sincronizado. Lograr la com-patibilidad obliga a usar alguna forma de extracción y alineación de datos ma-nual y lenta que, muy probablemente, requiera la utilización de más software.La herramienta de exportación de datos de ABB supera este problema exportan-do datos PAT desde procedimientos del método PAT en funcionamiento o com-pletados en formatos compatibles con paquetes existentes, tales como ASCII

(separados por tabuladores o por co-mas) o GRAMS SPC. Esta herramienta flexible está diseñada para funcionar localmente en el gestor de datos o en una plataforma de ordenador remota de terceros, y los datos exportados se pue-den enviar a uno o varios archivos. Las pantallas de navegación 4 permiten al usuario seleccionar datos desde múlti-ples plataformas de analizador, eligien-do procedimiento, equipo, canal de analizador o etiqueta de datos, en uno o varios lotes de producción. Además es posible extraer distintos paquetes de datos seleccionando diferentes franjas de tiempo.

Todavía queda mucho por hacerAunque todavía se encuentra en su in-fancia, muchas de las ventajas de PAT se aprecian a medida que se desarrollan técnicas y analizadores nuevos. Para aprovechar plenamente las ventajas de la iniciativa de la FDA para PAT, es ne-cesario el reconocimiento por parte de muchas funciones existentes (control de calidad, automatización, validación, etc.), además de la formación adecuada y la capacidad para identificar oportuni-dades utilizando el PAT en sus proce-sos. Los servicios de ingeniería de ABB para PAT apoyan a los usuarios en estas áreas y prestan servicios de consultoría para validación, cumplimiento de la normativa y otras mejoras de la activi-dad empresarial. No obstante, sigue haciendo falta crear un enfoque global normalizado, lo que exige la colabora-ción de los proveedores de sistemas, especialmente en áreas clave como la manipulación de datos. Además, se necesita una solución para romper las barreras creadas por múltiples sistemas dispares. ABB es ese proveedor, y la IIT para PAT de ABB es esa solución.

Chris Hobbs

ABB Ltd.

IIT PAT MEC (Europa)

St. Neots, Reino Unido

chris.hobbs@gb.abb.com

Nota a pie de página4) Éstas pueden variar según el tipo de analizador, pero

no entre productos del analizador. Una placa NIR

(infrarrojo próximo) es la misma para un analizador

NIR ABB que para uno Bruker.

Para más información:

Roy, J., “Process Analytical Technology”, ABB Review

Special Report on Instrumentation and Analytics, 2006,

61–64.

4 Pantalla típica de selección de datos de la herramienta PAT de exportación de datos.

Integración garantizada

Revista ABB 4/2007

Más eficiencia, menos emisionesMayor rendimiento de la central eléctrica con un control de procesos avanzadoPekka Immonen, Ted Matsko, Marc Antoine

Innovación de procesos

53Revista ABB 4/2007

Las centrales eléctricas de carbón han evolucionado mucho en las últimas décadas hasta convertirse en generadores de energía eléctrica de alta eficiencia con unas emisiones drásticamente reducidas. Se ha avanzado mucho, especialmente con la mejora de calderas, turbinas de vapor y ciclos.

Pero sólo recientemente se han incorporado a las centrales eléctricas las tecnologías avanzadas de control de procesos, sólidamente establecidas en otros sectores. El control predictivo de modelo multivariable (MPC) de ABB ha demostrado unas prestaciones superiores y ha supuesto unos ahorros de energía y unas reducciones de emisiones considerables. Las centrales que utilizan la tecnología de ABB han logrado unas reducciones de NOx del 8 % al 40 % y generan decenas de GWh anuales más con el mismo consumo de combustible.

54

Innovación de procesos

El control predictivo de modelo mul-tivariable (MPC) es una tecnología

que ofrece mayores prestaciones que las estrategias tradicionales de control de una sola variable de entrada y de salida Cuadro . El MPC, que se desarrolló originalmente para refinerías de petró-leo, es ahora de uso común en indus-trias de proceso después de sus treinta años de aplicación. Sin embargo, sólo recientemente el MPC se ha impuesto en el control y optimización de centra-les eléctricas.Este progreso más lento en el sector energético se puede explicar en parte por la necesidad de conseguir unos ma-yores rendimientos. El comportamiento dinámico de los componentes de las centrales eléctricas es normalmente mucho más rápido que en los procesos petroquímicos, y necesita una potencia informática que hasta hace poco no exis-tía o no era rentable. En épocas de bajo coste de la energía primaria y de requisitos medioambienta-les menos estrictos, las venta-jas económicas no eran tan sustanciales.

Las crecientes prestaciones de los ordenadores han hecho posible ahora aplicar el MPC a aplicaciones complejas de grandes centrales eléctricas. En las centrales eléctricas in-dustriales, más pequeñas, las soluciones MPC ya se han puesto en marcha, centrándo-se en el control y optimiza-ción coordinados de varias calderas, combustibles, turbi-nas, colectores de vapor y transporte de energía hacia la red y desde ésta. Las ventajas observadas en centrales eléc-tricas industriales, tales como una mayor estabilidad de la central, una mayor disponibi-lidad y unos menores costes de energía en general, han abierto el camino para una mayor aplicación en centrales eléctricas más grandes [1].La aplicación más corriente del MPC para grandes centra-les eléctricas es la optimiza-ción de la combustión, rela-cionada con la distribución óptima de combustible y aire en la caldera para reducir emisiones (especialmente de

NOx) y mejorar al mismo tiempo la efi-ciencia de la combustión [2].Más recientemente se han aplicado so-luciones basadas en el MPC en otras áreas de la central, tales como el con-trol de temperatura del circuito princi-pal y de recalentamiento y la coordina-ción caldera–turbina. OPTIMAX® de ABB aplica estas soluciones y contiene varias tecnologías, tales como el soft-ware Predict & Control, que está entre las soluciones MPC más avanzadas que se aplican en centrales eléctricas indus-triales y de servicio público.

Mayor rendimiento con MPCEl principal objetivo de un control avanzado de procesos es reducir las variaciones de éstos. En una central eléctrica, esto significa mayor estabili-dad y fiabilidad del proceso y menores tensiones del ciclo térmico en los com-ponentes a alta presión.

Al reducir las variaciones, el proceso de generación de energía se puede operar también de forma más próxima al ópti-mo especificado de la central. En mu-chos casos, este óptimo está definido por limitaciones. Minimizando las variacio-nes, el proceso se puede llevar más cer-ca de su límite sin violar la limitación 1 .En una central eléctrica para servicio público existen muchas posibles limita-ciones de proceso. Algunas de ellas se recogen en 2 . Las ventajas de operar más cerca de los límites incluyen mayor producción de calor, mayor capacidad de generación y menores emisiones. El control predictivo de modelo multi-variable facilita también mayores veloci-dades, al tiempo que se mantiene la central dentro de los márgenes acepta-bles de operación cuando aumenta la velocidad. Esto puede ser muy benefi-cioso para grupos en funcionamiento cíclico y en situaciones de retorno de

agua a la caldera.

Predict & Control de ABBHistóricamente, los paquetes de MPC disponibles, utilizados con frecuencia para implantar soluciones avanzadas de con-trol en industrias de proceso, muestran algunas deficiencias serias [3]. Hay limitaciones en la elec-ción de modelos de control Los modelos normalmente disponibles de impulso y respuesta de paso sólo se pueden aplicar para procesos intrínsecamente estables, y gestionan mal los procesos integradores.

Los controladores trabajan mal en presencia de mucho ruido de medición o de per-turbaciones no medidas.

La identificación del modelo descansa en pruebas secuen-ciales de bucle abierto, y sólo se pueden identificar modelos de una sola variable de entrada y de salida (SISO).

Sin una solución comercial de software más completa, ABB comenzó a trabajar en un siste-ma completo basado en MPC. El nuevo producto, OptimizeIT Predict & Control (P&C), logró superar las limitaciones de las

MPC es un nombre común para las tecnologías de control que utili-zan modelos dinámicos de procesos que representan la relación en-tre variables independientes (entradas al modelo) y variables depen-dientes (salidas del modelo). Las entradas incluyen variables manipu-ladas (MV) y variables de perturbaciones hacia adelante (FF). Las sa-lidas del modelo se denominan variables controladas (CV). El modelo predice futuros resultados en base a 1) valores pasados de variables manipuladas; 2) valores calculados de futuro de variables manipula-das; y 3) valores pasados de variables hacia adelante. Un algoritmo MPC multivariable utiliza conocimiento intrínseco del comportamiento dinámico del proceso. Todas las interacciones entre las cantidades del proceso se tienen en cuenta en la solución simultánea de muchas ecuaciones. En esto se diferencia del control tradicional (p. ej., control PID), en el que cada controlador tiene una entrada y una salida. Con las muchas limitaciones y las complejas interacciones que intervienen en el control de centrales eléctricas, el MPC multivariable es muy adecuado para proporcionar control y optimización avanzados en el sector energético.

Cuadro Control predictivo de modelo multivariable (MPC).

Más eficiencia, menos emisiones

1 La variación reducida de la temperatura del vapor permite un funcionamiento cerca del límite.

Limitación

% M

uest

ras

/ ºC

6

5

4

3

2

1

0

500° 510° 520° 530° 540° 550°

Reducción de variaciones

Cambio hacia el límite

Con MPC

Sin MPC

Revista ABB 4/2007

55

Innovación de procesos

soluciones anteriores. P&C se basa en una nueva tecnología que sustituye el típico conjunto de modelos SISO de respuesta secuencial por un verdadero modelo espacial de múltiples variables de entrada y de salida (MIMO) 1) [4]. El nuevo algoritmo de ABB identifica modelos precisos espaciales a partir de datos de pruebas de centrales. La capa-cidad para identificar modelos MIMO a partir de un solo conjunto de pruebas de bucle cerrado reduce el tiempo de prueba necesario y simplifica enorme-mente la tarea de elaboración de mode-los. El enfoque de modelos de espacio de estados permite a P&C utilizar un filtro Kalman para la estimación del estado como parte del algoritmo de control de retroalimentación. El filtro Kalman es una técnica matemática desarrollada ini-cialmente para la estimación de la tra-yectoria de las naves espaciales. Utiliza toda la información disponible para de-sarrollar la mejor estimación del estado del proceso y de las perturbaciones que le afectan. Además de las variables con-troladas, se pueden incluir en el mode-lo mediciones de proceso adicionales, aportando al filtro Kalman más informa-ción y una mejor estimación del estado y de las perturbaciones. El principio básico del controlador P&C se muestra en 3 . A cada intervalo de tiempo predefinido, el controlador lee valores reales de variable de proceso y utiliza las entradas al proceso (u) y las salidas del proceso (y) para estimar el estado actual del proceso (X̂), las per-

turbaciones de entrada (w) y las pertur-baciones de salida (h). Este enfoque es diferente a los paquetes normales MPC, que pueden estimar sólo las perturba-ciones de salida (h). Esto lleva a unas estimaciones del estado (X̂) y a un con-trol de y mucho mejores.

Diseño óptimo de MPCEn una central eléctrica hay gran núme-ro de entradas (variables manipuladas que se pueden definir y variables hacia delante generadas por perturbaciones) y salidas (variables de proceso controla-das, limitaciones y estimaciones adicio-nales de estado) que pueden utilizarse en el modelo de control. La selección del alcance del modelo con las entradas y salidas requeridas depende de los ob-jetivos del proyecto, de la configuración

de la central y de los factores económi-cos locales. En 4 se ilustran las entradas y salidas MPC para una actividad típica de opti-mización de la combustión. Se indican las variables manipuladas (MV), hacia adelante (FF) y de limitaciones (CV) pa-ra esta caldera de horno dividida.Las relaciones entre estos parámetros se muestran en 5 . Las distintas filas de la matriz representan entradas al modelo y las columnas definen salidas. Los ele-mentos de la matriz marcados indican una relación física incluida en el mode-lo general.

El alcance indicado representa los siste-mas tradicionales de optimización de la combustión, en los que los caudales del pulverizador reductor de la temperatu-

2 Ejemplos de limitaciones del proceso en centrales eléctricas para servicio público.

Temperatura máxima de vapor activo Presión máxima de vapor activo Caudal máximo de vapor Temperatura máxima de recalentamiento Contenido máximo de O2 de los gases de

chimenea Opacidad máxima de los gases de chimenea Emisiones máximas de NOX

Potencia máxima del generador Vacío máximo del condensador Capacidades máximas de los ventiladores

(amps o deflectores) Deflectores diferenciales de presión de caja

de vientos

Nota a pie de página1) Un modelo de espacio de estados describe un

sistema físico con varias ecuaciones diferenciales.

Más eficiencia, menos emisiones

3 Principio básico del controlador Predict & Control de ABB.

Algoritmo de control

CENTRAL

Estimador

w h

y

++

u

Σ ΣySP

^X

++

4 Variables de optimización de la combustión.

Variable manipulada

Variable de limitación

Perturbaciones hacia adelante

Inclinación oeste DMD MV

Molino H SESGO MV

Molino G SESGO MV

Molino B SESGO MV

Molino A SESGO MV

Horno oeste

Horno este

Vapor RH

Alimentación de agua

Vapor principal

OFAEW BIAS MV

AUX E W BIAS MV

Inclinación este DMD MV

OFA DMD MV

AUX A-HBIAS MV

AUX B-GBIAS MV

WB-FURNDP MV

02 SP BIAS MV

02 EQUIPOS

MV

NOxCV

OPACIDAD CV

RH SPRAY CV

CARGA DMD FF

FD

G

AH oeste

AH este

ID

Revista ABB 4/2007

56

Innovación de procesos

ra2) están incluidos como limitaciones de proceso. El objetivo es mantener los controles básicos para la temperatura principal y de recalentamiento dentro de un intervalo favorable de control y reducir al mínimo el caudal de pulveri-zación de recalentamiento. Una vez definido el alcance del mode-lo, se pueden utilizar las herramientas

de ingeniería de P&C para crear y mo-dificar la estructura del controlador mul-tivariable. Se dispone de un navegador fácil de manejar para definir las varia-bles manipuladas, controladas (o limita-ciones) y las variables hacia adelante. Con la herramienta de configuración se definen también las propiedades asocia-das con estas variables.

Predict & Control se suele implantar a nivel de supervisión para manipular los puntos de consigna de bucles de con-trol de base múltiple configurados en el sistema digital de control. Algunos ejemplos de dichos puntos de consigna son los de caudal de combustible, cau-dal del reductor de temperatura y oxí-geno. Para mejorar los resultados es importante que los bucles básicos –in-cluidos sensores, accionadores y otra instrumentación de campo– estén debi-damente sintonizados y en buen estado de trabajo. El Gestor de Rendimiento de Bucles (LPM) de ABB es parte del mis-mo conjunto de control avanzado de procesos que Predict & Control, y las posibilidades de sintonización y control de LPM mejoran los bucles básicos an-tes de la puesta en marcha de MPC.La herramienta de ingeniería tiene una gran potencia de proceso de datos para importar, detectar tendencias y filtrar los datos de proceso recopilados, incluyen-do la identificación y eliminación auto-máticas de valores atípicos. La parte fundamental de cómputo de las herra-mientas de creación de modelos es la herramienta de identificación paramétri-ca que se utiliza para construir modelos espaciales. El algoritmo de última gene-ración combina la facilidad de uso con la posibilidad de utilizar en la identifica-ción del modelo datos de pruebas en bucle abierto y cerrado. Se incluyen pantallas de tendencias para ilustrar la adaptación de los modelos identificados con las mediciones reales. En 6 se muestra un ejemplo de control de tem-peratura de valor principal de una caldera, comparando las temperaturas reales (en rojo) con los valores pronos-ticados del pulverizador del reductor de temperatura (en azul).El paso final en el diseño de MPC es la sintonización del controlador a la cen-tral de que se trate. Con la ayuda de parámetros ponderados para los distin-tos bucles de retroalimentación, el MPC se sintoniza para producir la respuesta dinámica deseada de la central. La sin-tonización incluye la asignación de fac-tores ponderales a los errores y desvia-ciones de control de las distintas varia-bles. Se asigna un peso grande cuando se permite un error o desviación de control pequeños, y viceversa. También se asignan prioridades a las distintas limitaciones. En caso de limitaciones contradictorias, se satisface antes la que tiene una prioridad más alta. Si existen

6 Comparación de temperaturas pronosticadas por el modelo y medidas en una central eléctrica.

Más eficiencia, menos emisiones

5 Matriz de relaciones de entrada y salida de control de la optimización de la combustión.

CV ===> NOy

OPACIDAD DE LA

CHIMENEA

O2

EN EQUILIBRIO

RECALENTA-MIENTO A

DMD PULVERIZADO

RECALENTA-MIENTO B

DMD PULVERIZADO

MV ppm % % (O2) % %

DESVIACIÓN O2 SP Desviación punto de consigna – –

DESVIACIÓN HORNO WB

Desviación punto de consigna DP caja de vientos –

DESVIACIÓN AA FF Desviación aire aux. este-oeste –

DESVIACIÓN AA AH Desv. de elev. de aire aux. A–H – –

DESVIACIÓN AA-BG Desv. de elev. de aire aux. B–G –

DESVIACIÓN MOLINO H Desviación H alimentador molino –

DESVIACIÓN G MOLINO Desviación G alimentador molino –

DESVIACIÓN MOLINO B Desviación alimentador molino B –

DESVIACIÓN MOLINO A Desviación alimentador molino A –

INCLINACIÓN DMD ESTE

Demanda este inclinación quemador – – –

INCLINACIÓN DMD OESTE

Demanda oeste inclinación quemador – – –

OFA DMD Demanda de aire por llama – –

DESVIACIÓN OFA FF Desviación aire aux. este-oeste –

FF

MW GENERADOR Demanda de carga unitaria –

Revista ABB 4/2007

57

Innovación de procesos

grados adecuados de libertad y de capacidad de control, las li-mitaciones adicionales se resuel-ven en orden de importancia.

Toda la central de un vistazoLos operadores de las centrales eléctricas necesitan una visión general rápida y completa de la situación de la central con to-dos los detalles cuando la soli-citan. Hay dos formas de vigi-lar y acceder al sistema avanza-do de control basado en P&C. El controlador puede utilizar OPC para unir todos los pará-metros de operación a una consola DCS, facilitando real-mente una operación de la central en una sola pantalla; o bien el operador puede utilizar la interfaz de operador en P&C.En 7 se muestra una típica visión general de optimización. Se puede utilizar para vigilar el estado del control y optimiza-ción avanzados y para activar o desactivar la optimización de cualquier componente determi-nado.

Un historial de ahorros impre-sionante con P&C Los sistemas avanzados de con-trol predictivo de modelo mul-tivariable han establecido un largo historial de mejora de las opera-ciones de la central eléctrica. He aquí algunas de las mejoras: Reducciones normales del 8 % de NO

X en carga de base, y de hasta el

40 % a plena carga. Mejoras de producción de calor de: 0,25 a 1,5 % en carga base. 1,5 a 2,5 % a plena carga. Reducción del contenido de carbón no quemado en las cenizas del 1 % al 5 %.

Menor producción de CO2 por MWh

generado.

Mantenimiento del CO a los niveles deseados.

Mayor disponibilidad. Mayores velocidades.

Se puede conseguir una mejora sustan-cial del rendimiento de la caldera fun-cionando a la temperatura del vapor principal más alta posible. 8 ilustra có-mo se pueden reducir las variaciones de temperatura mediante MPC multiva-riable, que es la condición previa para una operación segura a la temperatura máxima. En este caso, un mejor control de una caldera con carbón pulverizado

redujo la desviación típica de la temperatura del vapor prin-cipal en un 80 %, logrando un aumento del punto de consig-na de 10 ºC. Aunque 10 ºC puede parecer poco, la mejo-ra resultante de la producción de calor fue del 1,2 %, lo que supone aproximadamente 10.000 MWh anuales de ener-gía adicional generada con la misma cantidad de combusti-ble.También se pueden conseguir mejoras en la producción de calor ajustando los caudales de pulverización de recalenta-miento como variables de limitación. Éstas se pueden reducir y operar más cerca del límite gracias a las meno-res variaciones del caudal con el control con MPC. Al redu-cir los caudales de pulveriza-ción a la mitad del original, la consiguiente mejora de la producción de calor en otra aplicación fue del 0,36 %, pro-porcionando 25.000 MWh adicionales al año con el mis-mo consumo de combustible. Al mismo tiempo, las emisio-nes de NO

X disminuyeron en

un 10 %.Como muestran los ejemplos, los sistemas de control basa-

dos en MPC repercuten sustancialmente en las operaciones de las centrales eléc-tricas, en la eficiencia energética y en las emisiones. MPC es un potente ins-trumento para satisfacer una creciente necesidad en el sector de los servicios públicos: obtener al mismo tiempo be-neficios económicos y medioambienta-les.

Pekka Immonen

Sistemas de automatización de servicios

públicos de ABB

Wickliffe, Ohio, EE.UU.

pekka.immonen@us.abb.com

Ted Matsko

Automatización de procesos de ABB

Wickliffe, Ohio, EE.UU.

ted.matsko@us.abb.com

Marc Antoine

Sistemas eléctricos de ABB

Baden, Suiza

marc.antoine@ch.abb.com

7 Visión general en una sola pantalla de la situación de la optimización caldera-turbina.

8 Mejora de la producción de calor mediante el mejor control de la temperatura del vapor principal.

Nota a pie de página2) El reductor de temperatura es un dispositivo que ajusta la temperatura del caudal de pulverización al valor requerido.

Referencias

[1] Immonen, P., Matsko, T., Antoine, M. (septiembre de 2007) “Increasing stability and efficiency of industrial

power plants”. Ponencia presentada en POWER-GEN Asia, Bangkok, Tailandia.

[2] Antoine, M. “Más sencillo, mejor, más inteligente”, Revista ABB 3/2005, páginas 36–41.

[3] Qin, S. J., Badgwell, T. A. (2003) “A survey of industrial model predictive control technology”,

Control EngineeringPractice (11)7, páginas 733–764.

[4] Bonavita, N., Martini, R., Matsko, T. (junio de 2003) “Improvement in the performance of online control

applications via enhanced modeling techniques”. Ponencia presentada en ERTC Computing, Milán, Italia

Más eficiencia, menos emisiones

Revista ABB 4/2007

Los grandes buques para el comercio marítimo, portacontenedores y de otro tipo, se mueven sobre todo con motores diésel turboalimentados. El turbocompresor aumenta sustan-cialmente el aprovechamiento del combustible de estos grandes buques, y la flota de motores turboali-mentados ha ayudado a los armado-

Barcos verdes en alta marLas turbinas ABB potencian el ahorro de combustible y el cumplimiento de las normativas de emisionesMarkus Rupp

I+D

res a mejorar su economía durante muchas décadas.

Los gases de escape de los grandes motores de estas naves se utilizan en sistemas de recuperación del calor residual para exprimir el combustible y extraerle más energía. Además, el ahorro se incrementa cuando la recu-

58 Revista ABB 4/2007

peración de calor se hace a la medida de un buque determinado.La nueva generación de turbinas ABB proporciona formas innovadoras de aumentar aún más la eficiencia de los grandes motores marinos, ayudando a reducir la contaminación atmosféri-ca y al mismo tiempo reducir los cos-tes de explotación de los armadores.

59

I+D

Una gran proporción de la energía del combustible –alrededor del

25 %– se pierde por disipación con los gases de escape. Las turbinas de alta eficiencia para motores marinos de dos tiempos permiten aprovechar para otros usos parte de los gases de escape de los motores. Un uso obvio es derivar los gases “sobrantes” a una turbina conectada a un generador, que los convierte en energía eléctrica útil. Esta energía añadida generada a bordo se traduce en ahorro de combustible y, como consecuencia, en menores costes de explotación.Los armadores han reconocido, obvia-mente, las ventajas en costes y eficien-cia de este enfoque, y en el pasado se han instalado en grandes buques nume-rosos sistemas de recuperación de calor residual (WHR). Entre 1985 y 1994, ABB Turbo Systems suministró más de 130 turbinas con una potencia de hasta 1.200 kW. Muchos de aquellos primeros sistemas todavía funcionan satisfactoria-mente en varios tipos de buques y siguen ahorrando dinero y proporcio-nando a ABB una importante base de experiencia. Pero el interés del sector naval por el ahorro de combustible disminuyó en el decenio de 1990. La demanda cre-ciente de motores diésel de más poten-cia para unos buques cada vez más grandes obligó a los fabricantes de mo-tores a centrar sus esfuerzos de desarro-llo principalmente en unidades mayores

y más potentes. Los precios del petró-leo, que se estabilizaron a un nivel relativamente bajo, contribuyeron a que el interés por el ahorro de combustible disminuyera.

Vuelve la eficiencia energéticaEl aumento del precio del petróleo y la creciente demanda de sostenibilidad medioambiental han renovado el interés por los sistemas eficientes desde el punto de vista energético en el sector naval. En línea con esta clara tendencia, ABB comenzó a fijarse en 2001 con nuevos ojos en el potencial sin explotar de los sistemas WHR. Un estudio inter-no examinó toda la gama de motores diésel de dos tiempos, con especial

atención a los turbocompresores de alta eficiencia TPL..-B de ABB 1 , presenta-dos en 1999.La serie TPL fue muy bien acogida en el mercado; a finales de 2006 se habían entregado o especificado más de 3.500 unidades para más de 2.100 motores diésel de dos tiempos, con una poten-cia total de más de 67 millones de bhp1).Pero aumentar el ahorro de combustible era sólo la mitad de la batalla. Los as-pectos medioambientales relacionados con las emisiones de gases de escape de los motores marinos han comenzado a ser prioritarios. Como consecuencia, los barcos tendrán que reducir aún más sus emisiones de escape para cumplir la

1 Turbocompresor TPL..-B de ABB para motores de dos tiempos. 2 Turbina de potencia PTL.

3 Las turbinas de potencia PTL se fabrican en la moderna factoría de ABB en Suiza.

Nota a pie de página1) Bhp, o potencia de frenado, es la potencia transmitida directamente al cigüeñal de un motor.2) La OMI, Organización Marítima Internacional, es el organismo de las Naciones Unidas que se ocupa de la seguridad del transporte marítimo y de la limpieza los océanos.

Barcos verdes en alta mar

Revista ABB 4/2007

60

I+D

independiente, en la que su energía ro-tacional se utiliza directamente para producir electricidad mediante un en-granaje reductor y un generador. La turbina de potencia también se puede integrar en un ciclo de vapor. Las uni-dades de recuperación de calor residual con turbinas de ABB las integra la em-presa británica de ingeniería Peter Brotherhood en estrecha colaboración con ABB Turbo Systems.

WHR con turbina de potencia independienteEn 4 puede verse la disposición de un sistema WHR con turbina independien-te. La unidad de turbina y generador funcionan de forma totalmente automá-tica, enviando energía eléctrica directa-mente a la red u, opcionalmente, a un árbol motor. Además de garantizar un suministro añadido de electricidad a la nave, esta configuración proporciona un ahorro de consumo de combustible y de emisiones de gases de escape de hasta el 4 %.

WHR con turbinas de potencia y turbinas de vaporEl ahorro de combustible y emisiones puede aumentarse hasta más del 10 % con el sistema WHR que se ilustra en 5 . En esta disposición, que aprovecha plenamente el potencial energético del calor residual, se produce vapor sobre-calentado en la caldera de gases de escape a la salida de los turbocompre-sores que sirve para alimentar una tur-bina de vapor que mueve el generador.

El sistema WHR, que combina la turbi-na de potencia PTL3200 de ABB con una turbina de vapor, se instaló en el recientemente botado M/S EMMA MÆRSK de la línea MÆRSK 6 . Con una capacidad oficial de 11.000 TEU3), éste y sus siete barcos gemelos son los portacontenedores más grandes del mundo. El motor del buque gigante Doosan-Wärtsilä 14RTFlex96C, equipa-do con cuatro turbocompresores TPL85-B de ABB, desarrolla 80.000 kW y marca una nueva referencia en el transporte marítimo respetuoso con el medio ambiente. El sistema WHR insta-lado proporciona una potencia añadida máxima de 8.500 kW, lo que supone un ahorro de más del 10 % en consumo de combustible y emisiones de la máquina al régimen continuo máximo (MCR).

legislación, que será aún más exigente en el futuro, además de cumplir la ya estricta normativa de la OMI2).

El éxito de los turbocompresores TPL..-B en el mercado y el creciente interés de los usuarios finales por los barcos “verdes”, además de rentables, justificaba el desarrollo de una nueva turbina de potencia con la más avanza-da tecnología de turbocompresión. El resultado fue el lanzamiento al mercado

en 2005 de las turbinas de potencia de nueva generación PTL3200 de ABB, diseñadas para una gama de potencias desde 1.500 hasta 3.200 kW 2 , 3 .

Soluciones a la medida para sistemas WHRHay dos tipos de sistemas WHR con turbinas de potencia para mejorar el ahorro de combustible del motor princi-pal de un barco. La turbina de potencia se puede utilizar en una configuración

Barcos verdes en alta mar

4 Recuperación de calor residual (WHR) con la turbina independiente de potencia de ABB.

Generador

Caja reductora

Turbina de potencia

Vapor para servicios de calentamiento

Caldera de gases de escape

Turbocompresores

Árbol del motor/generador

Cuadro de distribución

Generadores diésel

Recipiente de gases de escape

Motor principal

5 Recuperación de calor residual (WHR) con la turbina de potencia y la turbina de vapor de ABB.

Recipiente de gases de escape

Motor principal

Caldera de gases de escape

Vapor para servicios de calentamiento

Turbocompresores

Caja reductora

Generador, alternador Turbina de vapor

Turbina de potencia

Caja reductora con embrague de sobrevelocidad

Generador de emergencia

Cuadro de distribución

Generadores diésel

Vapor sobrecalentado

LP

HP

Árbol del motor/generador

LP

HP

Revista ABB 4/2007

61

I+D

En busca del diseño óptimoAunque la reducción de costes de ex-plotación y las ventajas medioambienta-les de instalar un sistema WHR no tie-nen discusión, los constructores de bar-cos deben tener en cuenta cómo afecta-rá a la rentabilidad y a la amortización de cada barco el diseño, el funciona-miento y otros parámetros. El diseño preferido depende del tipo de barco y de sus principales condiciones de fun-cionamiento. La eficiencia requerida del turbocom-presor para un barco concreto afecta también a la disposición del WHR. Esta disposición depende en gran medida de a) si el turbocompresor proporciona solamente la máxima eficiencia que re-quiere un motor de dos tiempos para una carga térmica aceptable de los componentes del motor y para una lim-pieza adecuada4); o b) si se pretenden eficiencias más altas.

Por último hay consideraciones económi-cas: el coste del combustible, los costes de inversión y el tamaño de las máquinas del barco, que influye indirectamente sobre la energía eléctrica generada por el sistema WHR. El plazo de amortización para las instalaciones de WHR es menor cuando se utilizan en combinación con grandes motores diésel.

La sintonía de la máquina principal y de la turbina de vapor se puede optimizar aún más sustituyendo el anillo fijo de toberas por la geometría variable de turbina (VTG). La VTG permite mejorar el rendimiento del motor principal, p.ej., reduciendo la superficie de tobera en zonas tropicales cálidas 7 . Esta su-perficie puede aumentarse cuando baja la temperatura ambiente o a velocida-des reducidas del buque para maximi-zar el rendimiento de la turbina.

La forma económica de reducir las emisionesLos cálculos de ABB demuestran que con la configuración de turbina inde-pendiente se consigue una reducción significativa de las emisiones de CO

2.

Esta reducción puede incluso duplicarse cuando se utiliza un sistema WHR con una turbina de potencia y una turbina de vapor. La energía eléctrica añadida para un gran buque portacontenedores con un perfil de carga típico permitiría ahorrar anualmente más de 2.300 toneladas de combustible con el sistema de turbina independiente y casi 5.000 toneladas con el sistema WHR con ciclo de vapor. En ambos casos se supone que la ener-gía eléctrica añadida se utiliza para sus-tituir la que normalmente se genera con motores diésel auxiliares.

Los buques “verdes” marcan el caminoLas turbinas de potencia PTL de ABB abordan dos de las cuestiones más importantes del transporte marítimo actual: ahorro de combustible y respeto del medio ambiente. Mientras que las ventajas directas del ahorro de combustible dependen prin-cipalmente de la evolución de los pre-cios del combustible, el endurecimiento de la normativa de emisiones para los buques sigue siendo un impulsor im-portante de inversiones orientadas a la eficiencia energética. Las ventajas com-binadas de la reducción de costes y el respeto del medio ambiente serán ren-

tables para los armadores. Como en otros sectores que presentan un cre-ciente interés por los aspectos medio-ambientales, no se debe infravalorar la importancia del transporte marítimo “verde”. Otra fuerte motivación para invertir en la recuperación del calor residual son algunos instrumentos económicos, como derechos portuarios y tasas por tonelaje diferenciados, ya en vigor en varios puertos de todo el mundo. En el entorno altamente competitivo en el que se desenvuelven los armadores, la combinación de ahorro energético y reducción de emisiones hace que los sistemas de recuperación de calor con turbinas de potencia resulten muy atrac-tivos.

Markus Rupp

ABB Turbo Systems Ltd

Baden, Suiza

markus.rupp@ch.abb.com

Nota a pie de página3) El TEU (unidad equivalente al contenedor de veinte

pies) es una unidad que indica la capacidad de

transporte y almacenamiento de buques y puertos.

Una unidad corresponde aproximadamente a

38,5 m3.4) La limpieza en este contexto es la expulsión de

gases de escape desde el cilindro de un motor de

combustión interna.

Para más información:

Summers, M. “Turbo sobrealimentadores de ABB,

hitos históricos”, Revista ABB 2/2007, páginas

85–90. Turbocharging in Switzerland (2005).

Revista Turbo, 2, páginas 1–36.

7 La geometría variable de las turbinas (VTG) permite el acoplamiento óptimo del motor principal y de la turbina de potencia.

Barcos verdes en alta mar

6 En abril de 2007, el buque M/S EMMA MÆRSK fue nombrado “Buque del año” por Lloyds List, al ser uno de los portacontenedores más respetuosos con el medio ambiente que se haya construido.

Revista ABB 4/2007

Dado que las fundiciones de aluminio consumen grandes cantidades de electricidad en la electrólisis de sales fundidas, es lógico construirlas don-de haya energía eléctrica a precios razonables. Las centrales eléctricas desean tener como clientes a las plantas de aluminio, ya que éstas les proporcionan cargas limpias y estables. Sin embargo, con la demanda creciente de energía, las centrales están descubriendo que ya no pueden alimentar desde la red las actuales fundiciones de aluminio, lo que obliga a recurrir a la cogeneración. Esto significa que ahora se están construyen-do centrales eléctricas dedicadas o “cautivas” cerca de las plantas de alu-minio para proporcionar a éstas la energía necesaria. Pero, ¿qué sucede si una fundición de aluminio está situada en una zona apartada en la que no hay red de distribución eléctrica o en la que ésta es muy débil? Encontrar formas de conectar con éxito la central eléctrica y la planta de aluminio se ha vuelto más difícil. La clave para encontrar una conexión óptima está en satisfacer las necesidades de ambas, y muchas de éstas se recogen en el siguiente artículo.

El vínculo más fuerteInterfaz entre una central eléctrica cautiva y la fundición de aluminio para aumentar la eficiencia de la centralMax Wiestner, Georg Köppl

I+D

Revista ABB 4/2007

La potencia de las cubas ha llegado a los 600 MW, y las centrales están so-

metidas a una presión creciente para satisfacer las necesidades de alimenta-ción de la red de numerosos propieta-rios de fundiciones. Para muchos de és-tos, la solución ha sido instalar centrales eléctricas “cautivas”. Sin embargo, las nuevas plantas de aluminio, con o sin centrales eléctricas cautivas, están a menudo situadas en lugares atendidos por una red débil. Conectar la planta de aluminio y la central eléctrica para satis-facer las necesidades de energía es una tarea muy difícil. Hay que tener en cuenta muchos aspectos, como la de-manda y las fluctuaciones de energía, la calidad de la energía, y el arranque y la parada de las cubas. Otros aspectos críticos son la eficiencia de la central eléctrica durante el funcionamiento nor-mal o las consecuencias de la parada de una unidad de generación cuando está funcionando en modo de isla. También es importante observar que el corte de corriente con un rectificador de diodos sólo se produce a una velocidad máxi-ma de 5 MW/3 segundos. Satisfacer las necesidades de la planta de aluminio y de la central eléctrica, como se indica en el Cuadro , es funda-mental para encontrar la mejor solución de conexión, que debe determinarse en una fase muy temprana de la planifica-ción del proyecto. A largo plazo, la opti-mización del diseño del proyecto en una fase precoz puede reducir los costes de inversión de capital de la central y de la subestación de la planta de aluminio. Un desarrollo de ABB conocido como Control de Protección contra Apagones (BPC)1) desempeña también un papel fundamental en la garantía del funciona-miento estable de la planta de aluminio. 1 muestra curvas típicas de carga de

62

63

A continuación se muestran los aspectos de interconexión que deben resolverse en la central para satisfacer la demanda de una subestación para fundición por electrólisis. En particular, hay que definir: Capacidad de cortocircuito (SCC) para todas las condiciones de funcionamiento de la central eléctrica Máxima distorsión armónica total (DAT) disponible Oscilaciones y potencia máximas posibles (en MW) Máxima oscilación de potencia activa y reactiva Máxima carga de intensidad armónica per-misible en los cables Factor de potencia necesario Máximo desequilibrio de potencia (delta frente a fase)

Otros aspectos de la central que cabe tener en cuenta: Las caídas de tensión son de esperar y se deben permitir Se deben respetar los códigos de la red Cargas armónicas de segundo orden cuan-do se ponen en carga los grandes transfor-madores Se debe especificar un procedimiento de sincronización del generador y la carga mínima de bloque

Cuadro La central eléctrica y las necesidades de la fundición por electrólisis.

La variación de la SCC en modalidades de red y aislada está disponible en las barras de la subestación de alta tensión de la fundición.

La central eléctrica debe ser capaz de afrontar las siguientes características de la fundición: Los efectos diarios de los ánodos crean una brusca oscilación de potencia de 15 MW Las cubas pueden pararse más de 5 veces el primer año (obligando a una caída inmediata de 600 MW) La demanda inicial de arranque de las cubas se incrementa en 3,5 MW/día Un gradiente de 20 MW/minuto es el más adecuado para el arranque de las cubas tras una parada Durante el arranque se necesita brevemente un factor de potencia de 0,82 La tensión cae hasta el 70 % en las barras de la fundición cuando se energizan los rectifica-dores sin sincronizar los disyuntores de ali-mentación Cuanto mayor sea la SCC, menores serán los esfuerzos necesarios para satisfacer las de-mandas de potencia de calidad Si la máxima DAT disponible es del 2 %, se necesitan filtros terciarios en la fundición si la SCC es menos de 10 veces la potencia de las instalaciones

En el diseño global del sistema, es preciso tener en cuenta los siguientes parámetros de la fundi-ción y la central eléctrica:

Si se necesita funcionamiento en modo de isla, hace falta un estudio detallado sobre flujo de corriente, calidad de la energía y estabilidad transitoria Los rectificadores de diodos pueden repartir su carga a un ritmo máximo de 5 MW/3 s El cambio sincronizado de transformadores reduce distorsiones de potencia, caídas de tensión y tensiones mecánicas las tensiones mecánicas en los rectificadores y filtros de corriente armónica. El modo de isla puede no ser posible sin cambio sincroni zado Los disyuntores GIS o AIS deben poder cambiar entre fases con una precisión de ±1 ms Para cumplir la norma internacional IEEE 5192), se necesitan filtros terciarios para los rectificadores en modo de isla Posiblemente habrá que estudiar los filtros de corriente armónica en el lado de alta tensión, ya que están cargados con las corrientes armónicas que puede haber en la red Los sistemas de control de la central eléctri-ca deben ser capaces de generar y enviar una señal de gran velocidad de carga–caída

Nota a pie de página2) IEEE-519: norma internacional relativa a los

límites aceptables de armónicos en sistemas

eléctricos.

I+D

Nota a pie de página1) La información referente al control

de Protección contra Apagones (BPC)

de ABB es propiedad de ésta y sólo

se facilitará en una etapa posterior.

tensión e intensidad de una planta de aluminio tal como las ve la central eléc-trica, y que se deben tener en cuenta en el diseño de todo el sistema. 2 muestra la carga que puede repartir la subestación de la planta de aluminio con y sin el BPC de ABB. El gráfico de 3 muestra la calidad de la energía de la subestación de la planta de alumi-nio frente a la fuerza de la red de alimentación. Esto debe te-nerse en cuenta si hay que desconectar la red y para que pueda continuar el funciona-miento en modo de isla. Algu-nos de los grandes consumido-res de la planta de aluminio, como el sistema de alimenta-ción ininterrumpida (SAI), los inversores y los accionamientos de CA, son muy sensibles a al-tas distorsiones armónicas de la intensidad. 4 representa el factor de potencia de una plan-ta de aluminio durante el arranque inicial. El mismo fac-

tor de potencia sirve también durante el arranque de las cubas después de una parada. El diseño del rectificador depende del contrato de suministro de energía y de la calidad de la energía durante dichas operaciones.

Caídas de tensión durante la puesta en carga del transformador rectificadorEn los sistemas con centrales eléctricas cautivas pueden darse situaciones en las que la central alimenta a la planta de aluminio en modo isla. Durante estas si-tuaciones, la capacidad de cortocircuito disponible puede reducirse considera-blemente. Al ser los transformadores

rectificadores de esas plantas de aluminio de gran tamaño cada vez más grandes, su re-percusión en la red durante la puesta en carga es a su vez sustancial. 6 ilustra esta reper-cusión con y sin puesta en carga controlada. Las caídas de tensión pueden provocar la caída de los consumidores ya puestos en carga, lo que

1 Demanda de potencia activa durante la parada y el arranque de las cubas.

El vínculo más fuerte

Revista ABB 4/2007

64

I+D

desencadena una situación crítica para centrales eléctricas cautivas de plantas de aluminio. Para concretar más, la caí-da media de tensión puede ser de hasta el 25 % de la tensión nominal, un valor muy superior al admisible del 10 %.Los siguientes cinco estudios de casos de centrales cautivas o semicautivas para plantas de aluminio ilustran la amplia variedad de diseños de siste-mas generales y de aspectos complejos que se pueden re-solver. Para estos proyectos, ABB suministró equipos o realizó estudios del sistema.

ALBA, BahreinEn los últimos años, Alumi-nium Bahrein (ALBA) ha pa-decido algunos apagones que se atribuyeron a múltiples y diferentes razones. Gracias a la combinación de generación y cinco series de cubas, la pa-rada o arranque de las cubas no son tan críticos, pues las caídas de carga son menores y se pueden compartir entre muchas unidades generado-ras. Así pues, los consumido-res auxiliares de la planta de aluminio se abastecen de re-des diferentes de las que ali-mentan las cubas, por lo que el sistema es inmune a las caídas de tensión o de carga.

DUBAL, DubaiDubai Aluminium (DUBAL) tiene gran número de cubas. Algunas son de menos de 100 MW y tienen una buena combinación de generación. Por lo tanto, la red puede compensar fácilmente la para-

da de una cuba. Además, el gran núme-ro de cubas y su baja clasificación de potencia tienen un efecto más asimila-ble sobre la calidad de la energía, ya que las corrientes armónicas se com-pensan con un funcionamiento multi-

pulso. La demanda de energía de arranque y el rechazo de carga no son problema, y los servicios auxiliares se alimentan de otra red diferente.

Nordural, IslandiaLa red islandesa es cada vez más fuerte. Sin embargo, la mayor parte de la ener-gía generada procede de turbinas de vapor geotérmico de baja inercia y de las fluctuaciones entre día y noche de la de-manda energética no industrial. Las plan-tas de aluminio crean una carga ideal. El gran cambio diario de estabilidad de la red requiere un diseño muy flexible de la subestación de la planta de aluminio que permita el reparto rápido de la carga y tenga unas prestaciones energéticas de la más alta calidad. En consecuencia, Nordural decidió utilizar filtros terciarios en los transformadores de regulación y

transformadores rectificadores de tiristores para la distribución de carga a gran velocidad. Se ha conseguido la más alta calidad de la energía conmutando los transformadores rectificadores y los filtros terciarios 5 .

Fjardaal, IslandiaEsta planta de aluminio de una sola serie de cubas de 500 MW se alimentará de una central hi-droeléctrica cautiva situada a unos 60 km de distancia. En la subestación de la central es po-sible una interconexión con una red débil de 132 kV. La energía auxiliar para la planta de aluminio se tomará de las mismas líneas de energía que alimentan los transformadores rectificadores de la fundición. Si se para la cuba, la central hidroeléctrica quedará en va-cío, porque la red islandesa no será capaz de absorber la ener-gía añadida. La capacidad de cortocircuito deberá conside-rarse de baja a muy baja duran-te el arranque inicial y el fun-cionamiento normal.

Sohar, OmánLa nueva planta de aluminio es-tá diseñada para contener hasta tres series de cubas de 550 MW y se alimenta de una central cautiva de ciclo combinado. Es posible en la subestación de la central una interconexión con

El vínculo más fuerte

2 Capacidades de reparto de carga de una sub-estación de fundición de aluminio con y sin el Control de protección de apagones (BPC) de ABB.

600MW

300MW

Transformador rectificador de diodos Transformador rectificador de diodos con

Control de protección de apagones de ABB

200ms 1 segundo 2,5 segundos (disminución)

Caída inicial de carga de 120 MW

Disminución de 10 MW

3 Calidad de la electricidad frente a fuerza de la red.

DAT 8%

2%

4 Transformadores rectificadores en funcionamiento que generan corrientes armónicas de 48 pulsos

5 Transformadores rectificadores en funcionamiento que generan corrientes armónicas de 60 pulsos

3.000MVA SCC de 6.000 MVA

Distorsión armónica total (DAT)

4 Factor de potencia durante el arranque de las cubas.

0.93

0.88

0.78

0.73

0.68

0.63

0.58

0.53

0.480 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Factor de potencia MV [.]carga registro

Ud [V]

5 Sincronización de seccionadores en la planta de Nordural (Islandia).

Referencia L2 - N

Alimentador

SWITCHSYNC F236

220 0.11√3 √3

kV:

CB AFR. 1 GS10

400 : 1 A

BC 21 YNynd11Y

Y Δ

Y

Y

Y

Δ

Rectificador

BS 221

24 0.11√3 √3

kV:

Filtro C 7,5 Mvar

3 armónico

Filtro C 5,05 Mvar 5 armónico

Filtro C 4,95 Mvar 7 armónico

Filtro HP 16,0 Mvar

11 armónico

Revista ABB 4/2007

65

I+D

una red de 220 kV. La distancia entre la central y la planta de aluminio es de unos 12 km. La energía auxiliar para la planta de aluminio se tomará de las mismas líneas de energía que alimentan los transformadores rectificadores de la fundición. Si la serie de cubas se para, será necesario desconectar la central eléctrica de la línea. La capacidad de cortocircuito deberá considerarse de baja a muy baja durante el arranque inicial y el funcionamiento normal.

Consideraciones finalesCon una capacidad de cortocircuito dis-ponible de 2.500 MVA de una central eléctrica y una carga de la planta de aluminio de 600 MW, la relación de cuatro a uno representa un sistema muy débil; es preferible una relación de diez a uno o superior. Por lo tanto, se estima que si en la central eléctrica se cae una turbina de gas, también se parará la planta de aluminio. Los sistemas de rec-tificadores de diodos no pueden repar-

tir cargas, y las centrales eléctricas de turbinas de gas que funcionan en modo isla pueden caer por baja frecuencia en menos de dos segundos. Puede ser necesario instalar una carga falsa para evitar que la central eléctrica se desco-necte completamente en caso de caída de las cubas. Tras el disparo de una turbina de gas, se puede proteger de una caída a la planta de aluminio: Diseñando la central eléctrica para que pueda seguir el incremento de la carga y el disparo de la planta de alu-minio (utilizando el BPC de ABB).

Dotando a la planta de aluminio de rectificadores con tiristores que per-miten un reparto inmediato de carga.

Si se necesita una DAT del 2 % o una corrección del factor de potencia a 0,98, y el contrato de suministro de energía exige siempre un factor de potencia elevado, lo más económico son los fil-tros de corriente armónica conectados con el terciario del transformador de regulación. Esto es necesario también si el sistema energético es débil. La con-mutación sincronizada debe utilizarse en las baterías de filtros para reducir las tensiones de la corriente interna y las sobretensiones. La nueva estación convertidora de Nordural es la más avanzada a este respecto, con: Un transformador de regulación de amplio espectro con filtros de tercia-rio, que siempre permite conseguir el mejor factor de potencia.

Rectificadores de tiristores que se adaptan a la capacidad de la red eléctrica.

Alternancia sincronizada de transfor-madores y filtros para una distorsión mínima de la red en una red muy débil y tensiones mínimas en los fil-tros, aparamentas y transformadores.

Max Wiestner

Director industrial, aluminio primario ABB Suiza

Baden-Dättwil, Suiza

max.wiestner@ch.abb.com

Georg Köppl

Consultor de energía de ABB

Publicaciones de referencia

Metal Events Conference, Reykjavik, Islandia, 2004

Metal Bulletin Conference, Oslo, Noruega 2004

Metal Events Conference, Muscat, Omán 2005

Aluminium World, Bahrain Feature 2006/1

Metal Events Conference, Dubai EAU 2006

El vínculo más fuerte

6 Caída de tensión en los transformadores de activación de potencia a media tensión, con y sin conmutación controlada.

a Transformador de regulación de corriente de irrupción.

b Transformador de regulación de corriente de entrada con cierre controlado.

corrientes de irrupcióntransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA1.6

0.8

0.0

-0.8

-1.6

kA

400.0

200.0

0.0

-200.0

-400.0

kV

milisegundos milisegundos

= volt 220 kV L - Gtransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

1.2

0.8

0.4

0.0

-0.4

P.U

.

milisegundos

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

tensión L - Gtransformador auxiliar de irrupción, nivel de

CC de 975 MVA80.0

40.0

0.0

-40.0

-80.0

kV

milisegundos

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

= volt 33 kV L – Gtransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA

1.6

0.8

0.0

-0.8

-1.6

kA

milisegundos

corrientes de irrupcióntransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA400.0

200.0

0.0

-200.0

-400.0

kV

milisegundos

= volt 220 kV L – Gtransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA

1.2

0.8

0.4

0.0

-0.4

P.U

.

milisegundos

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

tensión L - Gtransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA

RMS de la fase A 1 = 220 kV 2 = 33 kV

80.0

40.0

0.0

-40.0

-80.0

kV

milisegundos

= volt 33 kV L – Gtransformador auxiliar de irrupción,

nivel de CC de 975 MVA

1 2 3

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0 40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

40.0 120.0 200.0 280.0 360.0

1 2 3

RMS de la fase A 1 = 220 kV 2 = 33 kV

Revista ABB 4/2007

Mantener en buen estado una planta de procesamiento es fundamental para garantizar su rentabilidad a largo plazo. Dada la preocupación por el aumento de los precios de la ener-gía, los operadores están descubriendo que compensa invertir en formas de reducir su consumo. Pero ¿cuál es la mejor forma de optimizar la eficiencia?

El despilfarro de energía adopta muchas formas: planificación y programación inadecuadas, puntos de consigna por debajo del óptimo en bucles se acentúa control o equipos inapropia-dos o mal utilizados. Esto a veces se acentúa debido a fugas o a desfases inadecuados de calderas y tuberías.

El programa de mejora energética de ABB se ha diseñado para identificar y conseguir ahorros de energía en plantas de procesamiento, y logra ahorros sostenibles de hasta el 20 %.

Más músculo, menos desperdicioEl programa de entrenamiento de ABB genera ahorros sostenibles de energía y reduce los costes en las plantas de procesamientoJim McCabe

I+D

66 Revista ABB 4/2007

67

I+D

A la vista de la fluctuación de los precios del combustible y del

endurecimiento de la legislación sobre emisiones, reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero son dos de las mayores preocupaciones que afectan hoy en día a las industrias de procesa-miento. Los sistemas de energía y de servicios proporcionan múltiples oportunidades de ahorro, especial-mente cuando es todo el sistema el que se somete a escrutinio y no sólo algunos subsistemas. Pueden lograrse ahorros considerables reduciendo el consumo de los servicios de proceso, como vapor, agua enfriada y aire com-primido, minimizando las pérdidas de distribución y mejorando la eficiencia de la generación. De hecho, la correc-ta aplicación de estas medidas genera un ahorro de hasta el 20 % del consu-mo de energía.

¿Pero qué se entiende por “correcta aplicación”? La zanahoria de las ventajas potenciales es sólo una parte de la ecuación. Una decisión meditada sobre optimización debe sopesar esas ganan-cias frente a los costes y los posibles riesgos.

ABB entra en escenaLa energía es un ingrediente fundamen-tal en casi todos los procesos industria-les. En una planta de procesamiento, los medios principales de suministro de energía son la electricidad y los servi-cios de proceso antes mencionados. Como la energía representa una propor-ción creciente de los costes de explota-ción de muchas empresas, el interés de

la optimización se centra en dichos ser-vicios y en los puntos del proceso de producción en los que se consumen.

Apoyándose en años de experiencia en operaciones de proceso, los servicios de ingeniería de ABB colaboran con los operadores de las plantas identificando oportunidades de mejora y poniendo en marcha un programa para garantizar que esos beneficios se realizan, y con la mayor rapidez posible. Más de 50 em-presas de todo el mundo ya se han beneficiado de este apoyo. En este programa, los consultores expertos de energía y servicios de ABB aplican un proceso estructurado para evaluar el potencial general de ahorro energético en un centro de producción antes de desarrollar y poner en práctica los pro-yectos de conservación de energía 1 . Además de los enormes ahorros que se han logrado en estos proyectos, muchas empresas han adquirido de paso las destrezas y la motivación necesarias para desarrollar sus propias mejoras sostenibles en eficiencia energética.

Identificar oportunidadesUn proceso de mejora de la eficiencia parte del estudio del balance energético del centro de producción y de la eva-luación del potencial de ahorro. Se tie-nen en cuenta todos los aspectos de la cadena energética, desde la generación hasta el consumo pasando por la distri-bución. Las mejoras oscilan entre “victo-rias rápidas” de coste bajo o nulo y la implantación de tecnologías de eficien-cia energética. Las “victorias rápidas” pueden ser simples actividades de in-tendencia, tales como mantener los ais-

lamientos o reparar las fugas, o cosas más difíciles que obligan a oponerse a disculpas del tipo de “siempre lo hemos hecho así”; por ejemplo, desactivar elementos importantes de la planta en lugar de mantenerlos siempre en fun-cionamiento, o cuestionar los puntos de consigna de bucles de control del proceso en temperaturas, presiones o caudales de distribución de servicios. En cuanto a las tecnologías que mejo-ran mucho la eficiencia, las opciones son numerosas: desde los accionamien-tos de velocidad variable hasta el con-trol avanzado de procesos. Las dificulta-des más importantes son identificar cuá-les son idóneas para la situación, lo que exige un análisis meticuloso de benefi-cios y riesgos. Los beneficios derivan normalmente del ahorro energético, pero pueden incluir aspectos no rela-cionados con la energía, como el au-mento de fiabilidad o de capacidad.

ABB recibe con frecuencia alabanzas de sus clientes por el pragmatismo de sus análisis. En palabras del director de una compañía de ingredientes del Reino Unido: “Hemos tenido innumerables auditorías que nos recomendaban apa-gar las luces o invertir millones de li-bras. Lo que me gusta del enfoque [de ABB] es que se centran en lo práctico”.

El enfoque prácticoUna auditoría preliminar llevada a cabo para un fabricante europeo de produc-tos químicos 2 predijo un ahorro del 10 % en costes de suministro de agua, electricidad, etc. En el siguiente aparta-do se investiga con más detalle cómo se consiguió esa cifra.

2 Una auditoría preliminar llevada a cabo para un fabricante europeo de productos químicos predijo ahorros equivalentes al 10 % de los costes totales de consumo del centro.

Más músculo, menos desperdicio

1 Etapas de un programa de mejora de la eficiencia energética.

Mapa energético

Evaluación rápida de la

generación, la distribución y el

consumo de energía

Diferencias de ahorro

Valoración de ventajas y

evaluación de riesgos para priorizar las

oportunidades de ahorro de

energía

Programa de mejoras

Entrega específica de programa de proyectos de

mejoras energéticas y minimización de pérdidas

Ventajas

Ahorros de entre el 5% y el

20% en el consumo de

energía y de lasinstalaciones

Desarrollo continuo de una cultura y

unos conocimientos sobre la mejora

energética

Revista ABB 4/2007

68

I+D

Para empezar, se identificaron numero-sas oportunidades para reducir el coste de los servicios durante un estudio del consumo de energía del centro. Un aná-lisis riesgo–beneficio redujo dichas oportunidades a cuatro áreas priorita-rias: gestión de tarifas, distribución de vapor, recuperación de calor y aplica-ción de accionamientos de velocidad variable.

Gestión de tarifasLos ingenieros de ABB observaron que durante los meses de invierno, la es-tructura de tarifas eléctricas para el cen-tro incluía una tarifa muy alta durante un período de tres horas cada día. El coste total de la energía eléctrica consu-mida durante esas tres horas era equi-valente a la consumida durante el resto del día. Se podían conseguir ahorros significativos sin coste alguno de capital programando la producción para mini-mizar la realización de procesos de muy alto consumo de electricidad durante ese período.

Había otro interesante potencial de ahorro con dos bombas de 160 kW para agua de refrigeración. Tenían como re-serva unas bombas diésel. Las bombas de reserva se probaban durante dos horas cada semana, y esta prueba se hacía fuera del período de alto coste de la electricidad. Se demostró que repro-gramando la prueba para hacerla coin-cidir con ese período se podían ahorrar 3.000 libras al año. Aumentando las ho-ras de funcionamiento de las bombas diésel para cubrir el período de tarifa

alta cinco días a la semana se podía realizar un ahorro anual de 14.000 li-bras.

Distribución de vaporSe redujeron las fugas de vapor mejo-rando el mantenimiento de las válvulas de eliminación de condensados. Se re-dujo aún más el consumo total de va-por mejorando la recuperación de calor. Se descubrió que los intercambiadores de calor que utilizan el efluente caliente de una columna de vapor para preca-lentar la alimentación de la columna eran de tamaño insuficiente, de modo que no se recuperaba todo el calor dis-ponible.

Accionamientos de velocidad variableLos ingenieros descubrieron que las bombas de lodos y los ventiladores de la planta de secado eran demasiado grandes. En muchos casos funcionaban a menos de la mitad de su carga nomi-nal. Estas situaciones constituyen un caso ideal de aplicación de acciona-mientos de velocidad variable. Éstos pueden reducir la energía consumida por la bomba y los motores de los ventiladores hasta en un 60 %1).

Un proyecto coronado por el éxitoEn otro ejemplo, un fabricante especia-lizado en productos químicos 3 necesi-taba una capacidad fiable de refrigera-ción a baja temperatura para la fabrica-ción de varios productos clave. Al dete-riorarse la capacidad de enfriamiento del sistema de refrigeración instalado, los volúmenes de producción dismi-

nuían, y la eficiencia energética era baja porque era preciso hacer funcionar dos compresores en lugar de uno.

La instalación original comprendía dos compresores complementarios (uno ope-rativo y otro de reserva) con R22 como refrigerante principal, un separador de aceite, una válvula reguladora y un eva-porador con un sistema de rectificación de aceite y un separador extra de aceite. El sistema estaba diseñado para funcio-nar a temperaturas de hasta -48 °C.

ABB llevó a cabo una detallada revisión del proceso y de los problemas de ren-dimiento mecánico. Después de analizar los datos y de hacer algunas pruebas en la planta, se determinó que el origen del problema estaba en ciertas deficiencias mecánicas y en la presencia de depósi-tos en los intercambiadores de calor. Al limpiar los intercambiadores aumentó inmediatamente la capacidad de la plan-ta. ABB especificó también modificacio-nes mecánicas que debían aplicarse por fases con objeto de evitar futuros depó-sitos. En la fase final del programa de mejora, se instaló un intercambiador de calor mayor para aumentar la capacidad del sistema de refrigeración.

Las mejoras de la capacidad de refrige-ración han permitido unos ciclos de lo-

3 Planta de productos químicos de calidad

4 Perfiles de demanda de vapor en función del tiempo para diferentes edificios de producción en una planta multiproducto por lotes (productos químicos o farmacéuticos de calidad).

Más músculo, menos desperdicio

Nota a pie de página1) Véase también Wikstroem, P., Tolvananen, J.,

Savolainen, A., Barbosa, P., „Accionamientos

eficientes y ahorro de energía“, Revista ABB 2/2007,

páginas 73–80.

Revista ABB 4/2007

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tes más cortos, una mayor producción y mejores resultados de la reacción. La fiabilidad del sistema de refrigeración también ha mejorado, y la utilización de un solo compresor ha producido unos ahorros de energía del orden de 48.000 libras anuales.

Objetivos y mejorasComo en cualquier programa de mejo-ra, es importante establecer objetivos de rendimiento y verificar el progreso fren-te a dichos objetivos. A medida que se desarrolla el programa, se acuerdan con el cliente el alcance, el presupuesto, el plazo y los resultados esperados para cada proyecto de ahorro energético, y se implanta un medio de verificación de resultados. Cuando es posible, se instala un sistema de gestión energética que incluye medidores, recopilación de da-tos y análisis.

Establecer objetivos de mejora adecua-dos es un elemento clave de la mayoría de los programas de eficiencia energéti-ca. Si no se pueden cumplir los objeti-vos, la motivación para la mejora se pierde rápidamente. Por otra parte, unos objetivos poco ambiciosos ponen en peligro la reducción de costes y de emisiones. El problema es especialmen-te acusado para operadores de plantas en las que la demanda de servicios varía mucho en función del tiempo: por ejemplo, producción por lotes de productos químicos de calidad o medi-camentos. En esas instalaciones, el perfil de carga de la infraestructura de servicios varía de hora en hora y de día en día en función de los productos y del ciclo de trabajo de que se trate y de las necesidades de servicios de cada lote. En plantas multiproducto no hay una respuesta definitiva a la pregunta: “¿cuántos suministros se consumen?”. Esto dificulta la fijación de objetivos eficaces.

Los objetivos se basan a menudo en consumos históricos de energía y de servicios, un enfoque conocido como “vigilancia y fijación de objetivos”. Un punto débil de este enfoque es que depende en gran medida de la calidad de los datos, y en especial de las condi-ciones en que se hayan obtenido los datos históricos. Durante el período de recogida de datos podría haber fallado una válvula de condensados o podría haber una fuga importante en una línea

de aire comprimido. Dado que estas in-eficiencias no se deducen de los datos, este rendimiento ineficiente es la base que se utiliza para futuras comparacio-nes. Además, la “vigilancia y fijación de objetivos” no tiene en cuenta la capaci-dad de la infraestructura de servicios existente y no puede identificar cuellos de botella en la red de distribución de servicios.

“Energía práctica mínima” es un método robusto utilizado por ABB para determi-nar niveles de referencia de consumo de energía y servicios y para fijar objeti-vos de mejora basados en programas de producción teórica y real bien funda-dos. Se identifican rápidamente las áreas en las que el uso real de energía es significativamente distinto de los re-quisitos prácticos mínimos (p.ej., cuan-do un proceso consume más vapor del esperado). Esto permite localizar los objetivos de mejora y proporciona la base para comprobar el rendimiento contra el objetivo. El perfil de demanda para un programa de producción con-creto se compara con la capacidad de la infraestructura de servicios, resaltando los cuellos de botella y permitiendo que la planta de servicios funcione con la máxima eficiencia. Una programación minuciosa puede reducir las puntas de la demanda de servicios y eliminar la necesidad de gastos de capital.

ABB ha utilizado este concepto para identificar ahorros anuales de unas 100.000 libras para el operador de una planta de principios activos farmacéuti-cos. Un modelo de simulación de la in-fraestructura de servicios calcula la ne-cesidad práctica mínima de energía. Se introducen rigurosamente en el modelo flujos de masa y caídas de presión a lo largo de las redes de distribución del centro para cada fluido de servicio (vapor, gases comprimidos y agua). El modelo dinámico del sistema de servi-cios predice caudales, presiones y velo-cidades según el perfil de la demanda en función del tiempo 4 resultante de las actividades diarias de cada unidad. En el análisis se incluyen las áreas de producción y las de no producción, como depósitos, plantas de tratamiento de efluentes y electricidad para oficinas y comedores.

La demanda de servicios se puede in-troducir manualmente para cada opera-

ción (calefacción o refrigeración, mez-cla o adición de reactivo), o se puede calcular a partir de las actividades secuenciales del programa de lotes. Se pueden combinar diversos lotes para simular un programa complejo de pro-ducción y el perfil de demanda calcula-do a lo largo de un período que va des-de un día hasta cinco años. También se incorporan datos meteorológicos para tener en cuenta la demanda de calefac-ción o aire acondicionado para los dis-tintos espacios.

Este modelo de demanda esperada de servicios se compara con las capacida-des conocidas de los sistemas de servi-cios, lo que facilita la identificación de limitaciones de capacidad instantáneas o continuas. Se pueden incorporar es-quemas de control de procesos para los sistemas de servicios con el fin de tener en cuenta las distintas fuentes de servi-cios para satisfacer las fluctuaciones de la demanda. La simulación permite al operador predecir el nivel de servicios necesario para cumplir el programa de producción como, por ejemplo, ejem-plo, cuántas calderas deben funcionar al mismo tiempo. Se pueden optimizar los futuros programas de producción para reducir al mínimo la excesiva fluc-tuación de las cargas de servicios y para evitar que se creen puntas de demanda que superen la capacidad del sistema de servicios. El modelo también permite al usuario identificar áreas en las que el consumo real de energía y de servicios supera el valor práctico mínimo de energía y, en consecuencia, identificar oportunidades y objetivos para futuros esfuerzos de ahorro energético.

El programa de mejora energética de ABB es un proceso estructurado con herramientas bien desarrolladas que identifican y producen ahorros energéti-cos para los operadores de plantas de procesamiento cuando éstas se concen-tran en actividades clave. Las compa-ñías participantes pueden conseguir ahorros de hasta el 20 % en costes de energía y desarrollar sus propias capaci-dades para conseguir mejoras sosteni-bles de eficiencia energética.

Jim McCabe

Servicios de ingeniería de ABB

Daresbury Park, Reino Unido

jim.mccabe@gb.abb.com

Más músculo, menos desperdicio

Revista ABB 4/2007

Los detectores de movimiento han proliferado enormemente en hogares y centros de trabajo en todo el mundo como forma de protección y como medio de activación de fuentes lumi-nosas en interiores y exteriores. Pero estos detectores necesitan cables para funcionar, lo que hace que su instalación sea laboriosa y cara. La buena noticia es que todo esto va a cambiar. ABB, en colaboración con

Detección inalámbricaTecnologías de sistema inteligente en detectores inalámbricos de movimientoOlivier Steiger, Richard Bloch , Beat Kramer, Daniel Matter, Philippe Prêtre , Christian Heite

70 Revista ABB 4/2007

uno de sus socios, ha desarrollado recientemente un nuevo detector inalámbrico de movimiento. Utilizan-do tecnologías de sistema inteligente, no sólo han desaparecido los cables, sino que los ingenieros han diseñado un dispositivo flexible, fiable, com-pacto y económico que puede funcionar durante al menos cinco años utilizando sólo pilas alcalinas normales.

I+D

71

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Busch-Jaeger, una compañía de ABB, ofrece una amplia

gama de detectores de movi-miento para hogares, oficinas y exteriores. Estos Busch Watch-dogs se caracterizan por su alta fiabilidad y su diseño innova-dor. No obstante, en algunos casos el esfuerzo de instalación necesario puede ser considera-ble, especialmente en edificios antiguos sin cables para estos equipos. Por tanto, para redu-cir este esfuerzo y para aumen-tar la libertad de ubicación, Busch-Jaeger, en colaboración con el centro corporativo de investigación de ABB en Suiza y con la empresa MEMS Inc.1), ha desa-rrollado un nuevo detector inalámbrico de movimiento 1 .

Uno de los principales requisitos para el nuevo detector inalámbrico de movi-miento era reducir el consumo sin po-ner en peligro la fiabilidad. Este requisi-to se cumplió utilizando componentes de bajo consumo y tecnologías de siste-mas inteligentes. También había que considerar la sensibilidad electromagné-tica, que aumenta con la impedancia del sistema. Para evitarlo, se acortaron todas las líneas de señal sensibles. Así, no sólo desaparecieron los cables para facilitar la instalación, sino que el resul-tado final fue un sensor de movimiento fiable y económico que consume, como media, menos de 20 µA. Además, per-mite una integración sin fisuras en la

cartera actual de productos de Busch-Jaeger en términos de coste, diseño y prestaciones.

El detector inalámbrico de movimiento de ABB utiliza tecnologías de sistemas inteligentes y es flexible, fiable, compacto y barato.

Diseño del detectorPara realizar las distintas funciones del detector, se han desarrollado tres módu-los interconectados: el sensor, la radio y el controlador.

El módulo sensorÉsta es la parte más delicada del siste-ma, ya que contiene el sensor piroeléc-

trico pasivo infrarrojo (PIR) 2a que detecta los movimientos vigilados y los transforma en señales eléctricas infinitesima-les. Al ser las señales débiles especialmente propensas a las interferencias electromagnéti-cas, es necesario amplificarlas tan cerca de su origen como sea posible. Por lo tanto se ha montado un amplificador de potencia ultrabaja 2b directa-mente al lado de las conexio-nes del sensor PIR. El sensor se ha tomado de la serie de productos Busch Watchdog Professional y se ha adaptado a los exigentes requisitos de

consumo energético del nuevo disposi-tivo.

El módulo de radioEl módulo de radio mantiene la comu-nicación entre el detector inalámbrico de movimiento y uno o varios actuado-res (es decir, conmutadores eléctricos controlados por radio). Para cumplir los requisitos de bajo consumo de energía en este módulo sólo se utiliza comuni-cación en un sentido, desde el detector de movimiento hasta el actuador, para evitar que siempre esté listo para reci-bir. La transmisión típica se produce en

1 El nuevo detector inalámbrico de movimiento destaca por su alta fiabilidad y su diseño innovador.

2 En el módulo del sensor, el amplificador y el sensor PIR se han montado de forma que se eviten interferencias electromagnéticas.a Frontal equipado con sensor PIR. b Parte trasera con electrónica y amplificador (estas imágenes obtenidas durante la producción muestran varios sensores).

a b

Nota a pie de página1) MEMS Inc. es una empresa de ingeniería fundada

por antiguos ingenieros de investigación de ABB.

Para más información, véase www.memsag.ch

(septiembre de 2007).

Detección inalámbrica

Revista ABB 4/2007

72

I+D

la banda ICM (industrial, científica y médica) a 868 Mhz (protocolo KNX-RF), con un alcance de hasta 300 metros al aire libre.

El módulo controladorLos módulos de radio y del sensor se montan en el módulo controlador 3 . Este módulo contiene también una fuente de alimentación, y proporciona los medios para detección y parametri-zación de la iluminación de fondo. Su componente esencial es un microcon-trolador de señal mixta que procesa todas las señales del sensor y los pará-metros del sistema y genera finalmente la señal binaria de presencia que el

módulo de radio transmite al actuador. El microcontrolador soporta varios modos de baja potencia que permiten la parada temporal de funciones indivi-duales del procesador y su subsiguiente recuperación en pocos microsegundos. Al funcionar sólo con la circuitería necesaria para realizar una función concreta, se consiguen ahorros adicio-nales, y muy considerables, de energía.

Encontrar una fuente de alimentación adecuadaEn última instancia, el éxito de un dis-positivo inalámbrico depende tanto de su diseño innovador como de la elec-ción y disponibilidad de una fuente de

alimentación adecuada. Los usuarios demandan fuentes de energía baratas y de tamaño reducido que funcionen du-rante mucho tiempo. Así pues, se inves-tigaron varias soluciones de fuente de alimentación para determinar su idonei-dad para un detector inalámbrico de movimiento. Éstos eran algunos de los criterios que debían cumplir: Una fuente potencial debe funcionar sin interrupción durante al menos diez años.

Debe proporcionar una intensidad media de 20 µA y soportar intensida-des punta de 25 mA. Estos valores son típicos de la comunicación por radio.

El intervalo de temperaturas debe abarcar al menos desde – 20° hasta + 60°C.

En el Cuadro se recogen seis posibles candidatas.

PilasLas pilas constituyen la solución más obvia. Cuatro pilas alcalinas de 1,5 V garantizan una vida útil de cinco a siete años, sólo ligeramente por debajo del objetivo de diez años. Además, esta opción es muy barata, y las pilas se pueden adquirir en casi cualquier sitio. Sin embargo, presentan los inconve-nientes de un intervalo de temperatu-ras2) limitado y de una tasa de autodes-carga considerable. Para compensar estos inconvenientes se pueden utilizar pilas de litio y disulfuro de hierro (Li-FeS

2), que son más caras pero duran

más.

Los usuarios piden fuentes de energía baratas y de larga duración. Por tanto, el éxito de un dispositivo inalámbrico depende también de la fuente de ali-mentación que utilice.

Células solaresUna alimentación eléctrica basada en células solares es ideal para el sensor inalámbrico de movimiento. Las células solares constituyen una alternativa eco-lógica a las pilas. No necesitan sustitu-ción ni mantenimiento, y son especial-mente adecuadas para trabajar de modo autosuficiente. De hecho, los ingenieros

3 Módulo de control equipado con tres módulos sensores y un módulo de radio.

Detección inalámbrica

Nota a pie de página2) El intervalo normal de temperaturas para pilas alcalinas

abarca desde – 10 °C hasta + 50 °C, mientras que

para pilas de Li-FeS2 va desde – 40 °C hasta +85 °C.

Cuadro Posibilidades de alimentación de energía para el detector inalámbrico de movimiento.

Alimentación Fuente de energía Idoneidad

Baterías Electroquímica Idónea

Células solares Energía solar Idónea

Generador

termoeléctricoDiferencia de temperaturas

Posiblemente idóneaBajo rendimiento

Pila de combustible ElectroquímicaNo idónea. Cara. Estabilidad

a largo plazo limitada

Piezoelectricidad Eólico (efecto von Karman)No idónea. Rendimiento

muy bajo

Transferencia

inalámbrica de energíaSistema de suministro

eléctricoNo idónea. Cara. Dificultades

de aceptación

Revista ABB 4/2007

73

I+D

de ABB ya han diseñado un prototipo de fuente de alimen-tación basada en células sola-res para el detector inalámbrico de movimiento. Las células fo-tovoltaicas producen la mayor parte de su energía durante el día, por lo que es necesario una forma de almacenamiento para las horas de oscuridad. Este principio se ilustra en 4 : el condensador eléctrico de do-ble capa (EDLC) C1 acumula la energía generada por la célula solar durante el día. Estos con-densadores, también llamados condensadores de oro, tienen una densidad de energía 300 veces mayor que los condensadores convencionales. Se pueden recargar centenares de miles de veces, a diferen-cia de las pilas convencionales, que duran sólo unos cuantos centenares, o como máximo un millar, de ciclos de recarga. Sin embargo, la carga de los EDLC puede durar varias horas. Por lo tanto, se suele conectar en paralelo otro condensador más pequeño C5 para re-ducir el tiempo inicial de arranque del dispositivo alimentado.

Las células solares son de silicio amor-fo. Son mucho más baratas que las cris-talinas, y su eficacia no depende de la uniformidad de la iluminación. Esto es importante, porque los sensores de mo-vimiento funcionan con frecuencia en lugares parcialmente sombreados. Con la solución descrita, una célula de 57 x 50 mm basta para alimentar de forma fiable el detector inalámbrico de movimiento.

Generadores termoeléctricosLos generadores termoeléctricos utilizan el efecto Seebeck para producir energía a partir de diferencias de temperatura. El efecto Seebeck se define como la tensión en circuito abierto que se pro-duce entre dos puntos de un conductor cuando hay una diferencia uniforme de temperatura entre ellos. Este efecto sue-le ser muy pequeño, pero generadores recientes han conseguido 20 µW en un único chip con una diferencia de tem-peraturas de 5 °C. Para aplicar este principio termoeléctrico al detector ina-lámbrico de movimiento se debe conse-guir un gradiente suficiente de tempera-tura dentro del dispositivo. La energía solar se puede utilizar para este fin,

pero los generadores termoeléctricos no son aún adecuados para aplicacio-nes en interiores.

Pila de combustibleUna pila de combustible es un dispositi-vo electroquímico parecido a una pila, pero diseñado para reponer continua-mente los reactivos que se consumen. En otras palabras: mientras que una pila tiene una capacidad limitada de almace-namiento interno de energía, la pila de combustible produce electricidad a partir de una aportación externa de hidrógeno y oxígeno. La investigación ha demostrado que se pueden construir pilas de combustible para ordenadores portátiles y teléfonos móviles, pero su elevado coste y su corta vida útil impi-den actualmente su uso en detectores inalámbricos de movimiento.

PiezoelectricidadCon la piezoelectricidad, ciertos cristales generan una tensión en respuesta a una tensión mecánica apli-cada, como la generada por el viento o por cualquier otra forma de caudal tér-mico de aire, con ayuda del efecto von Karman. Según este principio, que des-cribe por ejemplo por qué ondean las banderas, un caudal alrededor de un cuerpo sólido que presenta resistencia genera vórtices en lados alternos de dicho cuerpo. Sin embargo, la eficacia de este método no es suficiente para alimentar el detector inalámbrico de movimiento.

Transferencia inalámbrica de energíaLa transferencia inalámbrica de energía funciona transmitiendo energía electro-

magnética desde una fuente externa de energía al recep-tor. Para ello se necesita insta-lar una bobina emisora en el actuador, que es cara y ocupa mucho espacio. En cualquier caso, la aceptación de esta tecnología por parte de los clientes es aún escasa.

Ventajas para el clienteEl detector inalámbrico de movimiento desarrollado por ABB combina la acreditada fiabilidad de los Busch Watchdog con un consumo de energía muy reducido. Además, se puede colocar en

cualquier lugar y es fácil de instalar. Las pilas alcalinas corrientes garantizan una vida útil de al menos cinco años, plazo que se amplía hasta más de diez años cuando se emplean pilas de litio-hierro disulfuro. El detector cumple toda la normativa EMC vigente.

El Busch Watchdog3) inalámbrico se presentó con éxito en la feria Elektro-technik de Dormund, Alemania, en septiembre de 2007.

Olivier Steiger

Richard Bloch

Investigación corporativa de ABB

Baden-Dättwil, Suiza

olivier.steiger@ch.abb.com

richard.bloch@ch.abb.com

Beat Kramer

Daniel Matter

Philippe Prêtre

MEMS AG

Baden-Dättwil, Suiza

beat.kramer@memsag.ch

daniel.matter@memsag.ch

philippe.prêtre@memsag.ch

Christian Heite

Busch-Jaeger Elektro GmbH

Lüdenschied, Alemania

christian.heite@de.abb.com

Nota a pie de página3) En http://www.busch-jaeger.de/de/bewegungsmel-

der/1836.htm (septiembre de 2007) se puede en-

contrar información más detallada del producto.

Detección inalámbrica

4 Principio de la célula solar. Las células solares producen energía durante el día. C1 y C5 proporcionan almacenamiento complementa-rio de energía para el funcionamiento nocturno.

Uentrada

D1

C1ZD1 C5

LDOUsalida

Revista ABB 4/2007

Eternos pioneros

Cien añosABB celebra un siglo de presencia en ChinaFranklin-Qi Wang

74 Revista ABB 4/2007

Las relaciones de ABB con China se remontan a 1907, cuando entre-gó la primera caldera de vapor del país. Ahora ABB ha establecido una gama completa de actividades en China, que incluyen I+D, fabricación, ventas y asistencia técnica, con más de 12.000 emplea-dos, 25 iniciativas conjuntas y empresas totalmente de su propiedad y una extensa red de ventas y asistencia técnica en 38 ciudades. En 2006, el total de pedidos en China ascendió a 3.100 millones de dólares, con unos ingresos de 2.800 millones, lo que hace de China el mercado número uno de ABB en términos de cifra de negocio.

75

Eternos pioneros

ABB utiliza sus más de cien años de experiencia en electrotecnia

para introducir procesos pioneros para los sectores de la energía y la automatización. Muchas empresas de ABB en China son líderes de sus res-pectivos sectores y marcan niveles de referencia para sus competidores, al tiempo que prestan servicio a una amplia variedad de industrias.

En 1974, ABB se estableció en Hong Kong. A continuación, en 1979, abrió su primera oficina permanente en Pekín. En 1994, ABB decidió trasladar su sede central para China a Pekín, y en 1995, se creó formalmente la sociedad matriz de ABB, ABB (China) Ltd 1 .

La cartera de productos de ABB en China incluye la gama completa de transformadores de potencia y de distribución, tecnologías de subestación para aplicaciones de alta, media y baja tensión, accionadores y motores eléctri-cos y productos de robótica industrial. Ahora estos productos se usan amplia-mente en aplicaciones industriales, comerciales y de producción y distribu-ción de electricidad y otros servicios.

ABB ha participado en China en mu-chos proyectos nacionales importantes, como la central eléctrica de las Tres Gargantas y sus líneas de transporte a Shanghai, Changzhou y Guangdong 2 , el proyecto de trasvase de agua desde el sur hasta el norte, y muchos otros proyectos relacionados con el importan-te acontecimiento deportivo que tendrá lugar en 2008, incluida la construcción de estadios 3 , la ampliación del aero-puerto internacional de Pekín y la cons-trucción del metro y de subestaciones.Además, ABB ha suministrado también equipo eléctrico a la central nuclear de Lianyungang, sistemas de vigilancia y análisis de la calidad del agua a las

autoridades medioambientales chinas, y soluciones de energía y automatización al mayor complejo petroquímico de Asia (SECCO) en Shanghai, la Gran Sala del Pueblo, el metro de Shanghai y Guangzhou, Shanghai GM, Baosteel y otros.

En 2003, ABB fue calificada como una de las diez principales empresas de China en la encuesta llevada a cabo conjuntamente por la revista Fortune, Yahoo y otras organizaciones. A princi-pios de 2006, los estudiantes universita-rios de China calificaron a ABB (China) Ltd. como una de las diez “empresas favoritas para trabajar”.

Localización de las operacionesCon el compromiso de desarrollo a largo plazo de China, ABB ha ido trans-firiendo constantemente nuevos nego-cios y tecnologías al país para acelerar su proceso de localización y proporcio-nar productos que satisfagan mejor las necesidades del cliente, acorten los plazos de entrega y mejoren su capaci-dad de servicio técnico.

En marzo de 2005, ABB abrió en Pekín un centro corporativo de investigación con sucursal en Shanghai, lo que cons-tituye un paso adelante concreto para conocer, anticipar y apoyar el futuro de China en el sector de la energía y la automatización. Como parte integral de la red mundial de investigación de ABB, el centro de China está orientado al transporte y la distribución de electrici-dad, la fabricación y la robótica. A prin-cipios de 2006, ABB trasladó a Shanghai su línea de negocio mundial de robóti-ca, como reflejo de la tendencia del mercado y de la importancia estratégica de las operaciones de la compañía en China. ABB ha establecido también equipos de investigación en cada divi-sión de negocio en China para mante-ner su posición de liderazgo en el mer-cado. Además, todas las empresas de ABB en China tienen un equipo técnico para atender a las necesidades de los mercados locales.Actualmente están ubicados en Shang-hai el centro líder mundial de montaje de transmisiones de ABB Asia Metals y el Centro de excelencia de líneas de

Embalse de Las Tres Gargantas.

Cien años

1 Hitos de ABB en China.

1907 1974

1979

1992

1995

2003

2006

2005

≈ 2004

Traslado de la sede central de su división mundial de robótica a Shangai

Adjudicación de importantes pedidos para la presa de Las

Tres Gargantas

Creación de un centro de

investigación en Pekín y

una sucursal en Shangai

ABB es calificada como

una de las diez mayores

empleadoras de China

Fundación de la

sociedad matriz china

ABB (China) Ltd.

Fundación de la

primera empresa

conjunta de fabricación

Entrega a China

de la primera

caldera de vapor

Fundación de la

primera oficina china

en Hong Kong

Fundación de una

oficina permanente

en Pekín

Revista ABB 4/2007

76

Eternos pioneros

producción y laminado de tubos.A lo largo de los años, ABB ha estable-cido relaciones estrechas con ministe-rios clave del gobierno y con algunos clientes importantes. En China, al igual que en todo el mundo, ABB quiere ser un proveedor que ayuda a sus clientes a alcanzar sus objetivos empresariales. La capacidad de la compañía para con-seguirlo deriva del profundo conoci-miento de las actividades de sus clien-tes y de la capacidad para anticiparse a los cambios de necesidades y demandas del mercado y para suministrar produc-tos innovadores y soluciones completas de sistemas de la manera más rápida posible, incluyendo financiación y un eficaz servicio posventa.

La mejora continua de la satisfacción de los clientes se ha convertido en una forma de vida. ABB está trabajando pa-ra establecer más operaciones en China con objeto de proporcionar a los clien-tes una gama más amplia de productos y servicios avanzados, eficientes desde el punto de vista energético, fiables y respetuosos con el medio ambiente.

Tecnologías de ABB en ChinaLe eficiencia energética es prioritaria en la estrategia china actual. Como la eco-

nomía que más deprisa crece del mun-do, China está aumentando su potencia instalada al tiempo que utiliza la ener-gía con más moderación. Su undécimo Plan Quinquenal resalta la importancia de la eficiencia energética para crear una sociedad que utilice sus recursos de forma más eficiente. ABB tiene el compromiso de ayudar a China a alcan-zar sus objetivos de eficiencia energéti-ca y de sostenibilidad medioambiental1).

Transporte eficiente de electricidadLa HVDC (corriente continua de alta tensión), introducida por ABB en 1954, es una tecnología rentable y respetuosa con el medio ambiente para el transpor-te masivo de electricidad a larga distan-cia con pocas pérdidas. ABB ha cons-truido en China tres líneas de HVDC, cada una de unos 1.000 km. El ahorro conseguido en cada línea en compara-ción con el transporte de corriente alterna equivale al consumo de unos 160.000 hogares.

Sistemas domóticos i-bus de ABBLos sistemas domóticos i-bus de ABB cumplen los requisitos más exigentes para las aplicaciones de control de vi-viendas y edificios modernos, al tiempo que proporcionan una reducción sus-

tancial del consumo de energía. Por ejemplo, un sistema i-bus EIB de ABB ayudó a una de las tiendas de Yodado en Chengdu a ahorrar unos 250.000 dólares en su factura de electricidad en un año de funcionamiento.

Tecnología vanguardista de turbocompresoresABB es el principal proveedor mundial de turbocompresores para grandes mo-tores diésel para barcos, centrales eléc-tricas y locomotoras. Los turbocompre-sores de ABB han elevado el rendi-miento de los motores y han contribui-do a reducir el consumo y el impacto ambiental. Los clientes de China y de todo el mundo se benefician del servi-cio de primera clase de turbocompreso-res de ABB prestado por una red de más de 86 centros de asistencia técnica repartidos por todo el globo.

Accionadores que ahorran energíaLos accionadores eficientes desde el punto de vista energético garantizan que los motores funcionan de la forma más eficaz en todas las aplicaciones. Se esti-ma que los accionadores de corriente alterna instalados por ABB ahorran en todo el mundo unos 100 MWh de ener-

2 Presa de Las Tres Gargantas.

Cien años

Revista ABB 4/2007

77

Eternos pioneros

gía al año. En China, los accionadores de ABB han ahorrado diez millones de MWh de energía durante los últimos diez años, lo que equivale a la producción de una central nuclear durante dos años.

Motores de alta eficienciaLos motores eléctricos consumen aproximadamente el 65 % de toda la electricidad que se utiliza en la indus-tria. El nivel de eficiencia de los moto-res de ABB vendidos en China es entre un 1,5 % y un 2 % superior a la media, lo que reduce en gran medida el consu-mo de electricidad. Los motores de ABB ayudan a ahorrar en China 1.500 MWh de energía cada año.

Sistema avanzado de propulsión marinaEn agosto de 2005, ABB celebró la en-trega del primer barco de 3.000 tonela-das de investigación y exploración dise-ñado independientemente en China. Equipado con el sistema de propulsión Compact Azipod® de ABB, el barco consume de un 10 % a un 15 % menos de combustible que otros buques com-parables que no utilizan Azipod®. El sis-tema de propulsión Compact Azipod® de ABB se ha instalado también en los tres barcos de la nueva línea de trans-bordadores entre Yantai y Dalian, con el consiguiente ahorro energético.

Éxitos empresarialesLa aportación de ABB en China ha sido reconocida por personalidades notables del país. En 1999, el expresi-dente de China Jiang Zemin visitó las instalaciones de ABB en Suiza. En 2004, el viceprimer ministro Zeng Peiyan visitó el centro de investigación de ABB en Suiza, y en 2007 el presiden-te de China Hu Jintao visitó la fábrica de transformadores de ABB en Chong-qing.

ABB tiene un largo historial en China, donde ha obtenido muchos e importan-tes contratos Cuadro .

El compromiso con ChinaABB sigue comprometida con China y con su desarrollo sostenible a largo pla-zo. Las centrales chinas siguen con sus planes de ampliación, dada la tasa es-perada de crecimiento de la economía china del 8 % al 10 %. Hasta 2011, se estima una inversión de unos 335.000 millones de dólares para grandes pro-yectos en infraestructura ferroviaria, de energía eólica, petróleo, gas y agua.También se espera que crezca con fuer-za la producción industrial. Sólo la ca-pacidad de fabricación de acero aumen-tará en un 45 % hasta los 600 millones de toneladas para 2015. El sector indus-trial se centra en la eficiencia energéti-ca, la productividad y la calidad del producto, La oferta de ABB se adapta perfectamente a estas demandas.

La rápida urbanización, el aumento del nivel de vida y la necesidad de distribu-ción de la energía en todo el territorio nacional son otras importantes exigen-cias del mercado. Para atender a este mercado de rápido crecimiento, ABB sigue una estrategia de cinco puntos: Fuerte crecimiento orgánico de ABB en China.

Importantes inversiones en nuevas líneas de producto y fábricas y forma-ción de más iniciativas conjuntas.

Aprovechar al máximo la migración de costes en ABB.

Apoyo continuo de centros de inves-tigación y desarrollo como parte de la red mundial de laboratorios corporati-vos de ABB.

Desarrollar a profesionales locales con talento y bien formados.

Después de 100 años de actividad en China, ABB puede mirar hacia atrás con orgullo, pues ha aportado una amplia gama de productos y servicios al merca-do chino, y espera poder colaborar más para ayudar a cumplir los objetivos de eficiencia energética y sostenibilidad medioambiental del país.

Franklin-Qi Wang

ABB (China) Ltd.

Pekín, China

franklin-qi.wang@cn.abb.com

Nota a pie de página1) Para más información sobre las actividades de

ABB en China, véase Eliasson B., & Lee Y. Y. (Eds.)

(2003): Integrated Assessment of Sustainable Ener-

gy Systems in China: The China Energy Technology

Program. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.

3 Nido de ave: un estadio en Pekín.

Cuadro Contratos destacados en China.

390 millones de dólares en 2004 para el proyecto de alta tensión y corriente conti-nua Las Tres Gargantas – Shangai, el ma-yor proyecto de transporte de electricidad del mundo.

360 millones de dólares para el proyecto de alta tensión y corriente continua Las Tres Gargantas – Guangdong.

Equipos eléctricos para sistemas de metro y ferrocarril ligero en Pekín, Shangai, Guangzhou y Tianjin.

40 millones de dólares para automatización de procesos, accionamientos, control de calidad, sistemas eléctricos y servicios rela-cionados para Asia Pulp & Paper en China.

24 millones de dólares para suministrar maquinaria de elevación para ocho minas del Grupo Minero Huainan.

60 millones de dólares para suministrar una subestación de 500 kV con aislamiento en gas (GIS) y 12 transformadores de potencia para la central eléctrica de la margen dere-cha en Las Tres Gargantas.

11 millones de dólares para suministrar GIS de alta tensión para la fase II del proyecto de la central eléctrica de Jiaxing en la pro-vincia de Zhejiang.

200 millones de dólares de la compañía petroquímica SECCO de Shangai para suministrar una tecnología innovadora de procesamiento de propileno que reduce el consumo de energía y las emisiones de gas de invernadero. Es la primera vez que se utiliza esta tecnología en China.

56 millones de dólares para suministrar equipos de automatización y sistemas eléctricos para una planta siderúrgica de alta eficiencia que construirá Zhangjiagang GTA Plate Co.

Cien años

Revista ABB 4/2007

78

1/2007: El ser humano en el proceso

El factor humano en el proceso 6

La calma después de la tormenta 11

Ayuda a la galvanización 16

Sistema inteligente de alarmas 20

Máximo rendimiento 24

Métodos de diseño 30

Caso de estudio 34

Proyecciones de productividad 37

Conciencia del espacio 40

Gráficos del enlace más débil 44

Hacia la simplicidad 49

Inteligencia ambiental 53

Márgenes de mejora 56

Semiconductores de potencia (segunda parte) 62

Simplemente hablando 67

Realidad aumentada 70

Siempre pioneros 73

El interruptor 75

2/2007: Eficiencia energética

Tendencias y factores impulsores 6

El mundo visto desde 2015 11

Energía para la eficiencia 14

Transmisión de tensión ultra alta 22

Descongestión 28

Aprovechando el viento 33

Optimización de plantas 39

OPTIMAX™ 44

De un nivel muy superior 45

Laminación energéticamente eficiente 49

Los optimizadores de la energía 53

Más productividad, menos polución 58

Matices del verde 62

Energía marina limpia 69

Accionamientos eficientes y ahorro de energía 73

Eficiencia de motores 81

Turbo sobrealimentadores 85

2 / 2007

Revista técnica del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

RevistaABB

Pioneering spirits

A revolution in high dc current measurement

page 6

Team-mates: MultiMove functionality heralds a new era in robot applications

page 26

Best innovations 2004page 43

a

Eficiencia energética

La energía en 2015, tendencias y factores impulsores

página 6

Transmisión de tensión ultra altapágina 22

Biocombustiblespágina 62

Eficiencia de motorespágina 81

Índice

1 / 2007

Revista técnica del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

RevistaABB

a

El ser humano en el proceso

Sistema inteligente de alarmas página 20

Conciencia del espacio página 40

Siempre pioneros página 73

3/2007: Pioneros de la colaboración

El mejor modo de cooperar 6

Dos puntos de apoyo, mejor que uno 9

Ningún paso sin el cliente 11

Colaboración para el éxito 15

Anticiparse al futuro 18

Alquilación de ácido fluorhídrico 22

La tecnología del agua corriente 27

Una parada suave 31

Aunar fuerzas para proporcionar estabilidad 34

Control y protección 39

Detectado 42

Seguridad en la velocidad 46

Socios tecnológicos 50

Engrasado y listo 53

El reto del prensado 58

Operaciones especializadas de soldadura 63

Especialistas en robótica 65

Orientado al cliente 68

Operaciones integradas 72

Lo que pueden decirnos los bucles 76

Transformar la historia 80

4/2007:Un mundo de innovación

Un próspero 2007 6

Mejoras en el procesamiento de señales 12

Un rendimiento superior 18

Un movimiento que acaricia 22

Un mayor nivel de eficacia 26

Un salto en la integración 32

Velocidad y calidad 38

Prosperidad para su línea de beneficio 42

Transformación sobre el terreno 45

Integración garantizada 49

Más eficiencia, menos emisiones 53

Barcos verdes en alta mar 58

El vínculo más fuerte 62

Más músculo, menos desperdicio 66

Detección inalámbrica 70

Cien años 74

3 / 2007

La revista técnica corporativa del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

RevistaABB

a

Pioneros de la colaboración

El mejor modo de cooperarpágina 6

Una parada suavepágina 31

Aunar fuerzas para proporcionar estabilidadpágina 34

4/2007

La revista técnica corporativa del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

Revista ABB

Pioneering spirits

A revolution in high dc current measurement

page 6

Team-mates: MultiMove functionality heralds a new era in robot applications

page 26

Best innovations 2004page 43

a

Un mundo de innovación

Lo más destacado en innovación de 2007página 6

Convertidores de frecuencia de cinco nivelespágina 26

La automatización de subestaciones cambia a una velocidad superior

página 38

Revista ABB 4/2007

79Revista ABB 4/2007

Avance 1/2008

¿Alguna vez se ha parado a pensar qué sucede detrás de un enchufe? Cuando se extrae carbón o se hacen girar las turbinas eólicas hasta cuando se hace funcionar un tren o se enciende una luz, las tecnologías de ABB acompa-ñan cada paso del proceso para apo-yar tanto el suministro de energía eléctrica como su uso eficiente. En su próxima entrega, la Revista ABB abordará cómo ABB facilita ese sumi-nistro o, en otras palabras, la cadena de valor “que se esconde detrás del enchufe”.

Compartiremos los nuevos y más recientes logros en instalaciones eléctricas para todos los niveles de tensión. Se mostrarán interruptores

automáticos y transformadores avanza-dos y se tratarán las tendencias en los sistemas modernos de transmisión y distribución. La generación eficiente de energía eléctrica mediante un sofis-ticado control del proceso en las cen-trales eléctricas será otro de los temas claves que se abordarán en el próximo número.

Además, se ofrecerá una visión de futuro de la cadena de valor desde la explotación de energía primaria hasta la entrega de energía eléctrica “a través del enchufe“, y se presen-tarán sistemas de distribución inteli-gentes y tecnologías de transmisión avanzadas.

Consejo de redacción

Peter TerwieschDirector general de tecnologíaI+D y tecnología del grupo

Clarissa HallerComunicaciones corporativas

Ron PopperSostenibilidad

Frank DugganJefe de gestión de cuentas del grupo

Friedrich PinnekampJefe de redacción de la Revista ABB, I+D y tecnología del grupofriedrich.pinnekamp@ch.abb.com

EditorialABB Schweiz AGCorporate ResearchABB Review/REVCH-5405 Baden-Dättwil, Suiza

La Revista ABB se publica cuatro veces al año en inglés, francés, alemán, español, chino y ruso.La reproducción o reimpresión parcial está permitida a condición de citar la fuente. La reimpresión completa precisa del acuerdo por escrito del editor. La Revista ABB es una publicación gratuita para todos los interesados en la tecnología y objetivos de ABB y para aquellas perso-nas que ocupan puestos directivos y nece-sitan estar informados sobre los últimos avances de la tecnología. Si usted desea una suscripción gratuita puede ponerse en contacto con la representación ABB más próxima o directamente con la editorial.

Editor © 2007ABB Ltd, Zurich/Suiza

ImpresiónVorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn/Austria

DeseñoDAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz/Austria

TraducciónCeler Soluciones, S.L.Plaza de España, 12, 1ºE-20008 Madrid - Españawww.celersol.com

Cláusula de exención de responsabilidadLas informaciones contenidas en esta revis-ta reflejan el punto de vista de sus autores y tienen una finalidad puramente informativa. El lector no deberá actuar con base en las afirmaciones contenidas en esta revista sin contar con asesoramiento profesional. Nuestras publicaciones están a disposición de los lectores sobre la base de que no im-plican asesoramiento técnico o profesional de ningún tipo por parte de los autores, ni opiniones sobre materias o hechos específi-cos, y no asumimos responsabilidad alguna en relación con el uso de las mismas. Las empresas del Grupo ABB no garantizan ni aseguran, explícita o implícitamente, el contenido o la exactitud de los puntos de vista expresados en esta revista.

ISSN: 1013-3119

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La tecnología que se esconde detrás del enchufe

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