Estrategias de ahorro energético y operativo

Beneficios de los proyectos de modernización para accionamientos de escaleras mecánicas y pasillos rodantes

La mayoría de las partes interesadas de la industria del transporte vertical, y las personas en general, están cada vez más comprometidas con la protección del medio ambiente. Por tanto, el uso responsable y eficiente de la energía es un elemento importante a considerar.

Desde una perspectiva más amplia, debemos mirar la evaluación del ciclo de vida (LCA), comenzando con la etapa de diseño inicial para nuevos productos. Sin embargo, esto también debe hacerse para la modernización del producto, para comprender mejor los diversos beneficios / consecuencias de las actualizaciones de la máquina. No presentaremos un LCA completo aquí, pero presentaremos las ventajas más interesantes de modernizar los accionamientos de escaleras mecánicas y pasillos móviles con controladores de voltaje y velocidad variable, en términos de ahorro de energía y otros costos operativos, así como el impacto de la vida útil del producto.

Opciones para unidades de 10 a 15 años

Las escaleras mecánicas y los pasillos rodantes fabricados en los últimos 10 a 15 años a menudo tienen accionamientos / inversores de voltaje variable y frecuencia variable (VVVF). Estas máquinas normalmente cambian de su velocidad nominal de 0.5 mps a 0.2 mps durante los períodos de ausencia de los pasajeros. La detección de pasajeros se realiza normalmente mediante un sensor de haz de luz de fotocélula en el zócalo cerca de la línea de intersección del peine (donde los escalones comienzan a moverse). Esto se conoce como “velocidad nominal - velocidad baja” (NL). Solo una parte relativamente pequeña de las escaleras mecánicas existentes están equipadas con sensores que pueden detectar personas entre 1.3 y 1.8 m antes de abordar.

Este es un requisito, de EN 115, para que las unidades se detengan por completo y esperen a que llegue el siguiente lote de pasajeros. Esto se conoce como "velocidad nominal - baja velocidad - en espera" (NLS).

Por lo tanto, las partes interesadas responsables del funcionamiento de esas máquinas podrían considerar cambiar de NL a NLS, lo que, como se describió anteriormente, normalmente es posible agregando fotocélulas autorreflectantes o sensores de radar a las entradas de pasamanos cercanas (ya sea integradas en las entradas o fijas a las placas del piso). cercano).

Opciones para unidades de 15 a 30 años

Las unidades en este segmento de edad normalmente operan a la velocidad nominal (N) todo el tiempo. Una escalera mecánica se puede modernizar para que funcione NL o NLS. Si bien también se puede modernizar a la operación NS, eso no se presentará aquí, ya que la operación NS tiene algunas desventajas debido a la tensión en los componentes mecánicos durante los procesos de arranque / parada.

Esto podría mitigarse con un arrancador suave NS, pero los costos se acercan a los de las actualizaciones más potentes basadas en unidades de velocidad variable, como NL y NLS. Este es claramente el segmento de edad con el mayor potencial de ahorro energético y operativo.

Opciones por la 30 años o más Monitoreadas

Se podría hacer una estrategia de modernización diferente para escaleras mecánicas de más de 30 años. Normalmente incluiría una actualización completa del sistema de control, una renovación completa o una sustitución.

Cómo tomar la mejor decisión

La mejor decisión se determinará en primer lugar por las características del tráfico de pasajeros, en términos de cantidad y tipo (flujo de entrada de pasajeros pequeño y continuo versus lotes grandes de entrada periódica de pasajeros).

Sabremos cuánta energía se ahorrará después de cada tipo de modernización (N a NL, N a NLS y NL a NLS) con una precisión de ± 10% y lo mismo para las reducciones de la distancia recorrida, lo cual está muy relacionado con los costos operativos y vida restante.

Una nota sobre las unidades regenerativas: como hay muy pocos momentos en los que se produce la regeneración, su autor estima que los vatios de regeneración por hora en un día no son significativos en comparación con el consumo de energía de un viaje completo.

Ejemplo de medición de carga de pasajeros

Existen varios métodos para el registro de carga y tráfico, y el que su autor conoce más es mediante la medición de la potencia activa utilizando un analizador de potencia trifásico.

Suponga que la escalera mecánica A es una escalera mecánica de tráfico medio-alto equipada con un motor de 30 kW. A partir del gráfico de análisis de potencia activa de la Figura 1, descubrimos algo aplicable, en general, para escaleras mecánicas y pasillos rodantes:

• Los motores funcionarán durante los picos de tráfico al 30-50% de su capacidad nominal debido al hecho de que los motores normalmente están dimensionados para el transporte de dos pasajeros por paso, mientras que la realidad muestra que en los picos de tráfico hay un pasajero cada dos pasos en el lado derecho (“pasajeros estáticos”) y un pasajero cada 3 o 4 escalones del lado izquierdo que caminan sobre los escalones.
• Durante las horas normales, los motores funcionan al 15-25% de su capacidad.
• Durante las horas de tráfico bajo, esta capacidad es sólo del 10 al 15%.

Factor de Potencia

Una consecuencia de lo anterior es que el factor de potencia del motor es muy bajo para las escaleras mecánicas start-delta que funcionan todo el tiempo en N. Esto da como resultado pérdidas de motor de alta resistencia y magnéticas, ya que está operando a 0.5 mps con un voltaje de entrada de 400 ACV en 50 Hz, mientras que la demanda de par es muy baja en comparación con la capacidad nominal.

El factor de potencia es tan bajo como 0.1-0.2 y la alta potencia reactiva sobrecarga las líneas de suministro eléctrico, lo que también provoca pérdidas resistivas en el lado del suministro. La Figura 3 muestra las diferencias de factor de potencia entre motores idénticos controlados en estrella-triángulo (N) y controlados por VVVF tanto en dirección ascendente como descendente.

El variador VVVF (inversor) mejora el factor de potencia. Si el modo eco del inversor interno está activado, la alimentación de voltaje al motor se ajustará al par requerido. Esto significa ahorrar energía incluso a velocidad nominal constante, aproximadamente 400 W para un motor de 15 kW y 300 W para uno de 11 kW. Estos ahorros muy significativos equivalen al 15% del consumo total de energía del motor a 0.5 mps (sin pasajeros).

Cálculo de tráfico a partir de datos de energía activa

Si los datos de potencia activa se procesan con cuidado, podemos obtener el número de pasajeros que viajan en la escalera mecánica con una precisión decente. También podemos obtener información sobre el estado de carga / descarga de escaleras mecánicas con alta precisión. Esto será útil para la simulación de diferentes opciones de ahorro de energía como NL y NLS. Incluso si tenemos datos de una escalera mecánica en operación NL, podemos determinar el tráfico y la energía necesarios si el inversor se rompe y / o se desvía, degradándose a operación N.

El ejemplo de la escalera mecánica A incorpora un accionamiento VVVF (inversor) realizado por una potencia activa que se reduce a 2.3 kW después de que no haya entrada de pasajeros en los últimos tres puntos (30 s.).

Podemos entender que los ahorros para cada estrategia no son los mismos a partir de los siguientes datos:

Escalera mecánica A (dirección ascendente, perfil de tráfico medio-alto):

• De N a NL: ahorro energético diario de 17 kWh (25% sobre N)
• De NL a NLS: ahorro energético diario de 10 kWh (15% sobre N)
• De N a NLS: ahorro de energía diario de 27 kWh (40% sobre N) Escalera mecánica B (dirección descendente, perfil de tráfico bajo):
• De N a NL: ahorro energético diario de 17 kWh (38% sobre N)
• De NL a NLS: ahorro energético diario de 18 kWh (41% sobre N)
• De N a NLS: ahorro energético diario de 35 kWh (79% sobre N)

Los ahorros dependen en gran medida del tráfico de las escaleras mecánicas (número de pasajeros) y de cómo ingresan (un flujo pequeño y continuo versus lotes grandes y periódicos). Un ejemplo de flujo de pasajeros pequeño y semicontinuo es una escalera mecánica descendente entre el nivel de la calle y el vestíbulo de la estación en un sistema subterráneo, mientras que un ejemplo de lotes grandes y periódicos sería una escalera mecánica ascendente desde el andén del tren hasta el vestíbulo.

Tomando la decisión

Una vez que sepamos cuántos kilovatios-hora y cuántos kilómetros por día ahorraremos gracias a la simulación de diferentes estrategias de ahorro energético y operativo, estamos en una buena posición para traducirlos en cifras de protección económica y medioambiental (reducción de la huella de carbono). También estaremos en una buena posición para calcular si logramos mejorar la clasificación energética según ISO 25754: 3-2015. Combinado, esto nos ayudará a tomar la mejor decisión sobre la estrategia de modernización.

Los ahorros están fuertemente ligados a patrones de tráfico específicos para cada unidad, inclinación de altura y velocidad de la escalera mecánica o pasillo móvil. Por lo tanto, se sugiere no utilizar cifras porcentuales estándar para ahorros, sino seguir un buen análisis de tráfico basado en mediciones de potencia reales de escaleras mecánicas o andenes móviles dentro de una semana, o al menos un día laborable y un día de fin de semana.