Eficiencia energética de los ascensores

MRL vs. hidráulico 

por el Dr. K. Ferhat Çelik

1. Introducción

Los ascensores son sistemas de ingeniería complejos, diseñados e instalados específicamente para huecos de edificios individuales. Dependiendo de su uso, representan aproximadamente entre el 2% y el 10% del consumo energético de un edificio. En ascensores de bajo uso, como los de edificios de hasta cinco plantas, este porcentaje suele oscilar entre el 2% y el 3%. En general, el consumo energético de los ascensores es relativamente bajo en comparación con la demanda energética total de un edificio, que a menudo supera el 40% del uso total. Por consiguiente, por ejemplo, al evaluar el rendimiento energético de un edificio, la atención debe centrarse principalmente en el aislamiento térmico, los sistemas de calefacción y refrigeración, el agua caliente sanitaria y la iluminación. De igual modo, abordar por sí solo el consumo energético operativo de los ascensores no es suficiente para comprender completamente su rendimiento energético total y puede llevar a conclusiones inexactas. Este enfoque también corre el riesgo de priorizar erróneamente los ascensores basándose en datos incompletos, lo que podría pasar por alto factores críticos de seguridad. 

Se han desarrollado diversos métodos de cálculo teóricos e híbridos para clasificar los ascensores en función de su rendimiento y consumo energético. Normas como VDI 4707-1 e ISO 25745/1-2 impulsaron inicialmente a las empresas de ascensores a utilizar estas clasificaciones como herramientas de marketing, especialmente en el mercado de baja altura. Sin embargo, los ascensores con etiqueta energética de clase "A" pueden alcanzar un rendimiento significativamente inferior al evaluarse en condiciones reales. Una evaluación precisa del rendimiento energético de los ascensores requiere datos fiables, como el número e intensidad de los viajes, la velocidad de desplazamiento, las condiciones de carga, el consumo de energía en espera y la carga del contrapeso, todos ellos influenciados por los patrones de tráfico del ascensor. Hoy en día, estas clasificaciones manipulativas han perdido su importancia y han sido sustituidas por el Análisis del Ciclo de Vida (ACV). 

Si bien la fiabilidad de estos modelos de cálculo es cuestionable, en el mercado se ha generado la desafortunada percepción de que las relaciones de consumo energético de los ascensores son de aproximadamente 3:2:1 para los sistemas hidráulicos, de tracción con engranajes y sin engranajes, sin cuarto de máquinas (MRL), respectivamente. Este artículo proporciona información detallada sobre el rendimiento energético de los ascensores basada en una evaluación realista.

2. Seguridad contra terremotos

Los ascensores se encuentran entre los equipos más costosos de los edificios y cumplen una función crucial. Sin embargo, contienen diversos componentes mecánicos y eléctricos/electrónicos que son particularmente vulnerables a daños durante desastres naturales, especialmente terremotos.

Europa y Asia son regiones altamente propensas a terremotos; por lo tanto, garantizar el funcionamiento de los ascensores tras un sismo es crucial para minimizar los riesgos. La norma EN 81-77 describe medidas adicionales para mejorar la seguridad de los ascensores en regiones sísmicas. Sin embargo, la implementación de esta norma por sí sola no garantiza la seguridad total en zonas sísmicas. Esto también se observó en las inspecciones de campo realizadas tras los terremotos del 6 de febrero de 2024 en Turquía. Si bien la norma EN 81-77 tiene como objetivo garantizar el uso seguro de los ascensores en zonas sísmicas, no implementa medidas eficaces para prevenir los inconvenientes de los ascensores de tracción con contrapesos, en particular sus diseños sin cuarto de máquinas, que presentan numerosos problemas de seguridad. Una mayor seguridad solo se puede lograr mediante las modificaciones necesarias a la norma, a costa de un mayor coste. Por lo tanto, la oficina nacional de normalización de Irán debería incorporar requisitos adicionales al implementar la norma IR EN 81-77.

Si bien las deficiencias en la norma EN 81-77 y su implementación se citan a menudo como causas principales de daños, el principal problema radica en la falta de selección del tipo de ascensor adecuado según las características del edificio. En regiones sísmicas, además de evaluar el riesgo de daños en los ascensores, es igualmente importante considerar la evacuación de emergencia. Factores como el riesgo de incendio, las fugas de gas y las inundaciones deben tenerse en cuenta para garantizar el rescate seguro de los pasajeros atrapados. Además de los costos de reparación derivados de los daños en los ascensores, el tiempo de inactividad puede ocasionar importantes pérdidas sociales y comerciales. En un entorno post-terremoto marcado por el trauma social y las réplicas constantes, mantener los edificios públicos y sus ascensores operativos es esencial para una gestión eficaz de la respuesta a emergencias. Por lo tanto, para minimizar los desafíos tras los terremotos, se debe dar prioridad a los sistemas de ascensores con bajo riesgo de daños que puedan adaptarse de forma fácil y rentable para cumplir con las normas IR EN 81-77. Los informes de las inspecciones de campo realizadas tras varios terremotos ya han demostrado que los ascensores hidráulicos son la opción más segura para las regiones sísmicas. Esto se debe a que:

• El cilindro hidráulico absorbe vibraciones y oscilaciones, reduciendo el impacto sísmico.
• Los ascensores hidráulicos no tienen contrapesos, lo que elimina los riesgos de daños relacionados.
• Los sistemas hidráulicos descansan directamente sobre la cimentación del edificio, por lo que experimentan menores oscilaciones y se ven menos afectados por el movimiento sísmico.
• Tienen una estructura sencilla con menos componentes, lo que los hace más fiables.
• Proporcionan una evacuación más fácil y segura en caso de atrapamiento.

En cambio, el tipo de ascensor más vulnerable e inseguro para zonas sísmicas es el tipo MRL. Se puede encontrar más información sobre este tema en las referencias.^{[ 10 ]} En la Figura 2 se muestran algunos ejemplos de daños en ascensores después de un terremoto.

3. Consumo de energía en modo de espera

Gracias a los avances en los sistemas de control electrónico, el consumo de energía ha aumentado no solo durante el funcionamiento del ascensor, sino también cuando el sistema está inactivo. La energía que consumen los sistemas de control en modo inactivo se denomina "consumo de energía en espera". La incorporación de funciones como sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), sistemas de cierre de puertas, variadores, pulsadores iluminados, pantallas de cabina (internas y externas), sistemas de advertencia y seguridad, y otros componentes electrónicos similares, ha incrementado significativamente la cantidad de energía en espera necesaria para mantener estos sistemas activos.

Con la introducción de los ascensores MRL, los variadores de velocidad se empezaron a utilizar ampliamente en los ascensores de tracción. Estos variadores, combinados con motores síncronos de imanes permanentes (PMS), mejoraron la calidad de la conducción y, según se informa, redujeron el consumo energético operativo hasta en un 50 % en comparación con los ascensores de tracción convencionales, gracias al uso de motores más pequeños.^{[ 1 ]}

Además de los MRL, también se han implementado variadores de frecuencia y tensión variable (VVVF) en ascensores de tracción convencionales equipados con salas de máquinas y sistemas de engranajes. En respuesta a esto, las soluciones de ascensores hidráulicos con variadores VVVF han entrado en el mercado como alternativas competitivas, intensificando la competencia en el segmento de edificios de baja altura. En consecuencia, el consumo de energía de estos variadores y sus dispositivos periféricos asociados se ha convertido en un factor importante del consumo energético total de los ascensores.

Un estudio realizado por la Agencia Suiza para la Eficiencia Energética (SAFE)^{[ 2 ]} En 33 ascensores diferentes, se informó que el consumo de energía en modo de espera representa aproximadamente el 80 % del consumo total de energía. La Figura 3 ilustra el impacto significativo del consumo de energía en modo de espera (naranja), que ha aumentado debido a la incorporación generalizada de componentes electrónicos en los sistemas de ascensores. El estudio también destaca que las soluciones hidráulicas equipadas con variadores VVVF son tan eficientes energéticamente como los sistemas de tracción MRL. Esto se debe a que las pérdidas de energía asociadas con las válvulas de control mecánicas convencionales se eliminan por completo mediante el uso de variadores VVVF en ascensores hidráulicos.

Una tesis de maestría de Lees,^{[ 3 ]} Un estudio que examinó el consumo energético de ascensores hidráulicos concluyó que los sistemas hidráulicos con variadores VVVF son tan eficientes energéticamente como los sistemas MRL. Estudios sobre la válvula de control hidráulico EV40-VVVF de Blain también demostraron un ahorro energético de hasta el 65 %, lo que la convierte en una opción popular para proyectos de modernización.^{[ 7 ]} Estos hallazgos desafían la percepción general de que los ascensores hidráulicos consumen más energía que los de tracción. Sin embargo, Lees también señaló que, en ascensores de bajo consumo, el uso de variadores VVVF podría aumentar el consumo de energía en espera. Por lo tanto, los ascensores hidráulicos convencionales con válvulas mecánicas siguen siendo una opción viable en estos casos. Esto sugiere que, a pesar de los avances en la tecnología de ascensores, el consumo de energía aún puede aumentar en ciertos escenarios, especialmente en sistemas de bajo consumo.

Se espera que los sistemas de eficiencia energética amorticen la inversión con el tiempo mediante la reducción de las facturas de energía. La rapidez de esta amortización depende de diversos factores, como el coste de la energía, el uso del ascensor, la eficiencia del sistema, el coste de la inversión inicial y la frecuencia y el coste del mantenimiento. Los sistemas de alta eficiencia suelen incorporar frenado regenerativo, que devuelve la electricidad al edificio en lugar de disiparla en forma de calor. Si bien esta tecnología es eficaz, requiere una inversión inicial considerable, lo que la hace viable principalmente para ascensores con un uso muy elevado. Para ascensores de uso bajo o medio, incorporar una unidad regenerativa (unidades de regeneración) resultará poco práctico desde el punto de vista ambiental y económico, ya que es poco probable que la inversión se recupere durante la vida útil del sistema. En estos casos, los recursos y la energía empleados para fabricar e instalar equipos de eficiencia energética pueden tener un mayor impacto ambiental que los beneficios obtenidos por la reducción del consumo energético. Por lo tanto, si una inversión no es rentable, es improbable que se logre una verdadera eficiencia energética.

También existen en el mercado sistemas de control de ascensores diseñados para optimizar el consumo energético durante los periodos de inactividad. En estos sistemas, el consumo energético se reduce gradualmente cuando el ascensor permanece inactivo durante un tiempo determinado. En la primera etapa, se atenúan las luces de la cabina y se apagan los intermitentes, las pantallas y los botones iluminados. En la segunda etapa, se desactivan componentes adicionales como el controlador de la puerta, la electrónica de la cabina, los ventiladores inverter y los botones iluminados. La reactivación del sistema desde este modo suele tardar unos 30 s. Sin embargo, las principales fuentes de consumo energético en modo de espera son el variador VVVF y el SAI, que generalmente no se desactivan para evitar reducir la vida útil del variador y por motivos de seguridad. Las tablas 1, 2 y 3 muestran el consumo energético del controlador del ascensor, los variadores y los SAI.

4. ¿Qué tipo de ascensor es mejor para ahorrar energía?

Todos los ascensores comparten componentes comunes, como cabinas, puertas, luces, ventiladores, dispositivos de seguridad y controles automáticos. Dado que estos elementos son estándar tanto en ascensores de tracción como hidráulicos, este análisis se centra específicamente en la eficiencia energética de los sistemas de accionamiento.

Más del 90% del parque inmobiliario mundial se compone de edificios de menos de seis plantas. Por lo tanto, la principal competencia en el mercado reside en la posibilidad de utilizar ascensores hidráulicos y de tracción. Los sistemas de ascensores MRL, introducidos inicialmente en 1995 por grandes empresas de ascensores, ahora son ampliamente ofrecidos por la mayoría de los fabricantes de ascensores. Las máquinas de tracción sin engranajes PMS, que ofrecen un alto par motor y baja velocidad, eliminando la necesidad de reductores, mejoraron significativamente la eficiencia del sistema. Su tamaño compacto, peso reducido y características dinámicas únicas, como alta estabilidad, precisión, mayor par motor a baja velocidad y control preciso de la posición del rotor, las han convertido en ideales para los sistemas de accionamiento de ascensores. Estos avances sentaron las bases para el desarrollo de los ascensores MRL. Los MRL, donde la unidad de accionamiento se coloca dentro del hueco, se utilizan para instalaciones de ascensores de baja a media altura, y su popularidad está creciendo.

La introducción de ascensores MRL ha mejorado notablemente la eficiencia energética operativa y las características de control de los accionamientos de tracción, lo que ha permitido su instalación en edificios de baja altura. Sin embargo, se han pasado por alto varios aspectos críticos durante la entusiasta adopción de los MRL en la industria de los ascensores.

Seguridad del elevador

La seguridad es la máxima prioridad en las aplicaciones de ascensores. Los ascensores MRL son conocidos como los menos seguros del mercado. Cambiar las salas de máquinas seguras por la ubicación del sistema de accionamiento en la altura libre representa un retroceso en seguridad para la industria de los ascensores. Por lo tanto, los MRL requieren componentes adicionales para cumplir con los estándares de seguridad en condiciones de trabajo menos seguras. La mayor complejidad de los componentes aumenta el riesgo de fallos durante la instalación, el servicio y el mantenimiento. A medida que se generalizan las aplicaciones de MRL, los informes de accidentes relacionados con ellos han aumentado a nivel mundial. Los códigos de seguridad para los MRL siguen siendo cuestionables y requieren regulaciones y revisiones más estrictas. Sin embargo, estos avances a menudo dependen de la influencia de las grandes empresas de ascensores, que priorizan la reducción de costes sobre la implementación de características de seguridad adicionales en dichos sistemas. Cabe destacar que los MRL han demostrado ser los ascensores menos duraderos en regiones sísmicas, como lo documentan las investigaciones in situ tras varios terremotos. Los países con alto riesgo sísmico, como Turquía, Irán y gran parte de Asia, deberían priorizar la seguridad sobre el consumo energético y evitar el uso de MRL en regiones sísmicas. Esto es especialmente importante dado que los ascensores no son una de las principales causas de problemas de consumo energético. Por ello, están exentos de la Directiva de Diseño Ecológico en la Unión Europea.

Por otro lado, los ascensores hidráulicos son los más duraderos y seguros de todos los tipos de ascensores. Su sala de máquinas segura puede ubicarse convenientemente en el sótano o en la planta baja, cerca del hueco del ascensor, lo que permite una instalación segura y eficiente. Con todos los componentes funcionando en un entorno lubricado, los ascensores hidráulicos ofrecen una alta fiabilidad con una vida útil superior a los 30 años. También son los más resistentes a los terremotos, ya que sus cilindros hidráulicos están anclados a la cimentación del edificio. Y lo que es más importante, el cilindro funciona como amortiguador, protegiendo todo el sistema del ascensor de daños. Numerosas investigaciones de campo tras terremotos, incluyendo la reciente en Turquía, han demostrado consistentemente la robustez de los ascensores hidráulicos en regiones sísmicas.

Si bien los ascensores hidráulicos cuentan con válvulas de control energéticamente eficientes compatibles con los MRL, la pregunta clave es por qué su uso global sigue siendo significativamente menor que el de estos. La razón principal es el predominio de las grandes empresas de ascensores que promueven soluciones MRL, mientras que las empresas hidráulicas son relativamente pequeñas. Esta presencia limitada ha dificultado la capacidad del sector hidráulico para competir y proteger su cuota de mercado.

En segundo lugar, a medida que los ascensores hidráulicos han perdido cuota de mercado, la experiencia del sector en sistemas hidráulicos ha disminuido. Esta falta de conocimiento ha contribuido a que los presupuestos de ascensores hidráulicos sean más caros que las soluciones MRL, a pesar de su potencial de mayor eficiencia energética y/o seguridad. La falta de experiencia en diseño e instalación hidráulica ha provocado un aumento de instalaciones de ascensores hidráulicos deficientes y de baja calidad, lo que ha perjudicado aún más la reputación de los sistemas hidráulicos y reducido su demanda en el mercado.

Finalmente, el mercado global de ascensores está impulsado principalmente por las grandes empresas de ascensores, que con frecuencia adoptan políticas agresivas de precios bajos para asegurar proyectos. Estas empresas compensan los menores costos iniciales con los ingresos provenientes de contratos de servicio a largo plazo, lo que perjudica aún más a las empresas más pequeñas del sector hidráulico.

Consumo total de energía

Centrarse únicamente en el consumo energético operativo de las válvulas mecánicas, así como en el consumo de aceite, y utilizar estos factores como herramienta de marketing es un enfoque bastante cuestionable promovido por las grandes empresas de ascensores para captar el mercado de ascensores de baja altura. Como resultado, la solución MRL se ha presentado como la opción más eficiente energéticamente, perfectamente adecuada para cualquier instalación y capaz de regenerar energía para reinyectarla a la red. Sin embargo, los supuestos beneficios de los MRL no siempre se materializan y pueden conllevar un mayor consumo energético, especialmente en ascensores de bajo uso.^{[ 4 ]} donde la inversión en tecnología MRL puede no recuperarse nunca durante la vida útil del ascensor.^{[ 5 ]} Esto se debe a que los controladores MRL requieren más componentes electrónicos y eléctricos (como variadores, ventiladores de refrigeración, dispositivos UPS, circuitos de seguridad y otros dispositivos periféricos) que son costosos y consumen energía adicional incluso cuando el ascensor está en reposo.^{[ 1 ]} Por lo tanto, el consumo energético de los ascensores está directamente relacionado con su uso. 

Antes de seleccionar un sistema MRL, debe compararse el consumo energético diario del controlador del ascensor con los patrones de uso previstos. Además, para reducir costes, muchos sistemas de accionamiento MRL utilizan ahora motores asíncronos con reductores en lugar de los motores sin reductores PMS, más costosos. Sin embargo, a medida que aumenta la relación de transmisión, la eficiencia del sistema disminuye debido a las importantes pérdidas de potencia en el mecanismo de engranajes. Estos sistemas no alcanzan el considerable ahorro energético ni el alto rendimiento que ofrecen los motores PMS.

Ascensores de bajo uso

Los MRL no son energéticamente eficientes para ascensores residenciales o aquellos utilizados para fines especiales con menos de 100 arranques al día; potencialmente, esto puede ampliarse hasta 300 arranques al día, dependiendo de la eficiencia del controlador del sistema MRL. Para tales aplicaciones, los ascensores hidráulicos con válvulas mecánicas son la mejor opción, no solo por su menor consumo de energía, sino también por sus características de seguridad superiores y facilidad de instalación. En configuraciones de bajo uso, el consumo de energía en espera de los MRL a menudo supera al de los ascensores hidráulicos que utilizan válvulas mecánicas. Además, la menor fiabilidad de los MRL en comparación con los sistemas hidráulicos los hace menos adecuados, especialmente si se considera el riesgo de atrapamiento. Los ascensores hidráulicos, por otro lado, pueden proporcionar un mecanismo de autorrescate dentro de la cabina, una característica de seguridad crítica para villas y ascensores diseñados para usuarios de la tercera edad.

Ascensores de uso medio y alto

Los ascensores con un rendimiento entre 200 y 500 arranques diarios se clasifican como de uso medio. Para estos niveles de uso, tanto los sistemas MRL como los sistemas hidráulicos accionados por VVVF (como el Blain EV40-VVVF) ofrecen un consumo energético comparable. Sin embargo, la vida útil del variador se ve afectada por el número de arranques. Las soluciones hidráulicas, que utilizan el variador solo en sentido ascendente, maximizan el ahorro energético y duplican su vida útil en comparación con los sistemas MRL. Como alternativa, también se pueden utilizar válvulas servoelectrónicas (como la SEV07 de Blain) en esta categoría, según los requisitos de rendimiento energético.^{[ 6 ]} Las válvulas electrónicas, que pueden ahorrar hasta un 30 % de energía, son especialmente eficaces en la zona de transición entre las categorías de bajo y alto consumo. Dado que no requieren un variador VVVF ni sus dispositivos periféricos asociados, ofrecen un menor consumo de energía en espera y menores pérdidas de energía.

Los ascensores con más de 500 arranques diarios se clasifican como de alto rendimiento, donde tanto los sistemas MRL como las válvulas de control accionadas por VVVF son opciones viables. En esta categoría, si bien los sistemas hidráulicos accionados por VVVF pueden reducir la generación de calor hasta en un 50 %, sigue siendo necesaria una ventilación adecuada en la sala de máquinas. Para sistemas que superan los 1,100 arranques diarios, podrían requerirse medidas adicionales, como un enfriador de aceite de baja capacidad, junto con una ventilación adecuada para garantizar un rendimiento óptimo de las soluciones hidráulicas accionadas por VVVF. En estos casos de alto rendimiento, los ascensores de tracción pueden ser la opción preferida cuando el ahorro energético es el objetivo principal. Sin embargo, para aplicaciones que priorizan la seguridad y la fiabilidad, como en zonas sísmicas o donde el funcionamiento sin averías es crítico, los ascensores hidráulicos siguen siendo la mejor opción.

Se espera que los futuros avances en la tecnología de accionamientos reduzcan el consumo de energía en modo de espera y su coste. En este caso, se prevé que las propiedades de las soluciones ecológicamente adecuadas, más seguras, sencillas, económicas, de fácil mantenimiento y con alta compatibilidad con los sistemas existentes, encuentren amplias aplicaciones en los próximos años. Desde esta perspectiva, los ascensores MRL requieren un servicio más intensivo, son los menos seguros y difíciles de instalar y mantener. Esto se debe a que se instalan en la altura libre y poseen más componentes para proporcionar la seguridad necesaria, lo cual no puede garantizarse en condiciones de instalación y servicio inseguras. Por el contrario, los ascensores hidráulicos ofrecen las características más seguras y duraderas contra averías, instalación y mantenimiento en el mercado de baja altura.

5. Uso de contrapeso con elevadores hidráulicos

Es bien sabido que el consumo energético del ascensor de tracción se reduce gracias al contrapeso. El ascensor hidráulico generalmente no utiliza contrapesos, lo que lo hace más sencillo de instalar, económico y seguro (especialmente en zonas sísmicas), a costa de un aumento de la potencia del motor. Para reducir la potencia del motor, es importante contar con una cabina y un bastidor más ligeros. El uso de materiales compuestos para la cabina y el bastidor permite fabricar cabinas con un peso aproximadamente 70 % menor. Si bien el coste inicial de la fabricación con materiales compuestos es actualmente elevado, la integración de la cabina y el bastidor simplificará la instalación, y el uso de motores de menor tamaño reducirá considerablemente el consumo energético.

Por otro lado, aunque no es la opción preferida, se pueden construir ascensores hidráulicos con contrapeso en condiciones adecuadas (en regiones sin sismos), lo que permite un ahorro considerable de energía. La Tabla 4 muestra la potencia del motor de un ascensor hidráulico para ocho personas con y sin contrapeso. Se observa que al reducir 2/3 del peso de la cabina (mediante un contrapeso), la potencia del motor se puede reducir en un 29 %.

En la Figura 4 se muestra otra configuración del contrapeso para ascensores hidráulicos, donde este se coloca sobre un cilindro de tracción. Esto permite utilizar cilindros y bombas de menor diámetro. Esta configuración puede reducir la potencia del motor y el caudal de la bomba hasta en un 40 %. El diseño también evita que el contrapeso oscile en el hueco.

6. Comparación del impacto ambiental mediante ACV

El ACV es una metodología utilizada para evaluar el impacto ambiental de los productos. En el caso de los ascensores, el ACV proporciona un método integral para evaluar la sostenibilidad, considerando el rendimiento energético total a lo largo de toda su vida útil, desde la extracción de la materia prima hasta su eliminación. El enfoque del ACV ofrece una representación más precisa de la huella ambiental de un ascensor. Por el contrario, centrarse únicamente en el consumo energético de los ascensores y asignar clases de rendimiento energético son estrategias de marketing que suelen emplear los principales fabricantes de MRL y no deben valorarse demasiado. El rendimiento energético real de los ascensores solo puede determinarse mediante mediciones en las instalaciones.

Los ascensores hidráulicos tienen un motor más grande y carecen de contrapeso. Por lo tanto, no gastan energía al descender y lo hacen con su propio peso. Al no tener contrapeso, los ascensores son más fáciles de instalar, más fiables, seguros y rentables, lo cual representa un valor añadido para el ACV.

Los resultados de un estudio de ACV para ascensores de cuatro paradas que operan con una capacidad de 450 kg, con categorías de uso de 1, 2 y 3 (que van desde 50 a 300 arranques por día), fueron publicados por ITAINNOVA, el Instituto Tecnológico de Aragón.^{[ 8 ]} Como se muestra en la Figura 5. Estos resultados comparan un ascensor de tracción MRL y un ascensor hidráulico convencional. Cabe destacar que, si bien los ascensores MRL requieren mantenimiento correctivo con mayor frecuencia, el procedimiento de "reglas de categoría de producto para ascensores", que describe cómo aplicar el ACV a los ascensores, solo considera el mantenimiento periódico y no el mantenimiento correctivo (reparaciones adicionales necesarias cuando surgen problemas). En otras palabras, si el mantenimiento correctivo se hubiera incluido en el ACV, los resultados habrían sido más desfavorables para el ascensor MRL. Según el método Ecoindicator ReCiPe, los resultados de impacto ambiental de los ascensores hidráulicos son consistentemente menores a lo largo de una vida útil de 22 años (Figura 6).

En caso de modernización, los ascensores hidráulicos siempre tienen un menor impacto ambiental que cualquier otro ascensor de tracción MRL nuevo. Esto se debe a que la mayoría de los componentes del sistema hidráulico existente, como el cilindro, el tanque, los conectores, etc., pueden reutilizarse para las modernizaciones. De hecho, modernizar un ascensor hidráulico con un ascensor de tracción MRL resulta en un mayor impacto ambiental (véanse las figuras 5 y 6). En el ACV, al considerar 80 años de vida útil del edificio y asumir que el ascensor se moderniza cada 20 años, el ascensor hidráulico también resulta más preferible desde el punto de vista ambiental, incluso con la categoría de uso 3 (300 arranques/día).^{[ 9 ]}

En general, los ascensores hidráulicos son mucho más fiables que los de tracción, lo que significa que su mantenimiento tiene un impacto mucho menor en el ACV. Su diseño sencillo, con menos componentes y un sistema completamente lubricado, ayuda a prolongar su vida útil y a reducir el tiempo de inactividad del sistema, lo que se traduce en un ahorro significativo de costes. Es importante destacar que los costes de mantenimiento de los ascensores pueden ser de dos a diez veces superiores al consumo energético anual. Además, el componente más caro de un sistema de accionamiento de tracción MRL representa más del 10% del coste total del ascensor, mientras que en el caso de los ascensores hidráulicos, solo representa entre el 30% y el 6%. Según estos hallazgos, los ascensores hidráulicos convencionales con válvula de control mecánica en edificios de baja altura (con hasta 8 arranques al día) tienen un menor impacto ambiental general, incluido el consumo energético total, en comparación con los ascensores de tracción MRL.

7. Selección de la válvula de control hidráulico

Existen válvulas de control para ascensores mecánicas, electrónicas y accionadas por VVVF en el mercado. Entre ellas, las válvulas accionadas por VVVF son las más eficientes energéticamente, capaces de reducir el consumo de energía hasta en un 65 % y la generación de calor en un 50 % para usos medios y altos.^{[ 7 ]} A pesar de su menor eficiencia, las válvulas de control mecánicas son las más utilizadas. Esto se debe a que actualmente son la opción más adecuada para aplicaciones de bajo consumo (ascensores domésticos y residenciales), gracias a su coste significativamente menor, su sencilla configuración y su alta fiabilidad. Además, el periodo de amortización de las válvulas accionadas por VVVF es bastante largo para aplicaciones con menos de 350 arranques diarios. Sin embargo, existen soluciones híbridas de válvulas de control accionadas por VVVF, como la Smart EV40-vvvf de Blain, disponibles a precios razonables y con periodos de amortización de dos a cuatro años para ascensores con más de 200 arranques diarios.^{[ 7 ]} Estas soluciones híbridas utilizan el variador VVVF solo durante el ascenso, lo que las convierte en la opción más eficiente energéticamente para ascensores de bajo consumo. Además, al utilizar un variador de bajo consumo como el Yaskawa GA700 y apagarlo tras 10 minutos de inactividad, se pueden implementar soluciones VVVF híbridas para niveles de consumo inferiores a 130 arranques diarios. Las válvulas de control híbridas accionadas por VVVF con un variador de bajo consumo parecen ser la opción ideal para aplicaciones de ascensores de bajo consumo. Es importante destacar que los variadores regenerativos generalmente no son adecuados para aplicaciones de bajo consumo debido a sus largos periodos de recuperación, ya que recuperan una cantidad mínima de energía y generan altos costos.

8. El SMART EV40-VVVF

Blain Hydraulics utilizó tecnología del Internet de las Cosas (IoT) y sistemas integrados para recopilar, enviar y actuar sobre los datos recopilados del entorno, y transformó el producto EV4-VVVF previamente diseñado en la solución Smart-EV40-VVVF (Figura 5). El Smart-EV40-vvvf es un sistema híbrido que ofrece las siguientes ventajas:

• Utiliza una unidad Yaskawa GA700 estándar
• Proporciona una alta calidad de conducción.
• Ofrece diagnósticos fáciles a través de una placa de interfaz.
• Proporciona hasta un 65% de ahorro de energía y una reducción del calor del 50%.
• El funcionamiento del ascensor se puede supervisar, grabar y ajustar mediante un dispositivo inteligente mediante conectividad Wi-Fi.
• Cuenta con un cableado sencillo con el variador y el controlador del ascensor.
• Presenta parámetros de entrada que se han reducido en un 60%.
• No se necesitan interruptores de presión adicionales.
• Se reducen los tiempos de bypass y nivelación, lo que mejora aún más el ahorro energético.
• Se entrega con una válvula de seguridad integrada contra movimientos involuntarios del vehículo.

La Figura 7 y la Figura 8 muestran las conexiones de la solución Smart-EV40-VVVF y algunos menús de entrada del software de aplicación, respectivamente.

9. Conclusiones

El consumo de energía en modo de espera y los patrones de uso deben considerarse cuidadosamente para lograr una eficiencia energética óptima en los ascensores. Si bien los ascensores de tracción MRL con variadores VVVF se han introducido como soluciones de eficiencia energética, los ascensores hidráulicos equipados con variadores VVVF también han ganado presencia en el mercado, ofreciendo una eficiencia energética comparable. Sin embargo, la eficiencia de estos sistemas disminuye con un uso bajo, mientras que los ascensores más sencillos con un consumo de energía en modo de espera significativamente menor resultan más ventajosos. Por lo tanto, para ascensores domésticos y residenciales de bajo uso, los ascensores hidráulicos con válvulas mecánicas siguen siendo la mejor opción. Ofrecen bajo consumo de energía, asequibilidad, fácil instalación, mantenimiento sencillo y alta fiabilidad, lo que los convierte en la solución ideal para estas aplicaciones.

La solución Smart-EV40-VVVF de Blain utiliza el Internet de las Cosas (IoT) y los avances en tecnología digital para abordar las deficiencias del sistema y mejorar su usabilidad. Con una aplicación móvil intuitiva, la configuración del sistema se completa rápidamente, mientras que el funcionamiento del ascensor se puede supervisar, registrar y ajustar mediante un dispositivo inteligente conectado por wifi. Además de ofrecer una conducción suave y de calidad superior, el Smart-EV40-VVVF ofrece tiempos de derivación y renivelación más cortos, lo que reduce tanto el tiempo total de viaje como el consumo de energía.

Es importante destacar que, en las aplicaciones de ascensores, la seguridad debe primar sobre el rendimiento energético. En zonas sísmicas, en edificios de gran altura, se deben instalar ascensores de tracción con salas de máquinas cuando sea necesario. Se deben evitar los sistemas MRL a menos que se implementen medidas de seguridad adicionales. En edificios de baja altura en regiones sísmicas, los ascensores hidráulicos deben ser la primera opción debido a su mayor durabilidad y propiedades de amortiguación, que mitigan eficazmente el impacto de los temblores. Dado que el consumo energético de los ascensores en edificios de baja altura es bajo, es mejor priorizar los sistemas de ascensores sísmicamente seguros sobre la eficiencia energética. Este enfoque garantiza que los edificios permanezcan operativos, facilita la evacuación fácil y segura de los pasajeros y ayuda a prevenir pérdidas sociales, comerciales y humanas.

Referencias

[1] HM Sachs, “Oportunidades para mejorar la eficiencia energética de los ascensores”, Consejo Americano para una Economía Energéticamente Eficiente, abril de 2005. 

[2] J. Nipkow, „Elektrizitätsverbrauch und Einspar-Potenziale beä Aufzügen”, SAFE, 2005, Zúrich. 

[3] G. Lees, “Un estudio de la potencia real en relación con el consumo de potencia teórico de un sistema hidráulico con variador de frecuencia y cómo beneficia al usuario”, Tesis de maestría, University College Northampton, abril de 2005. 

[4] Almedia AT, Eficiencia energética de ascensores y escaleras mecánicas, 4º Congreso Europeo de Ascensores, 2010. 

[5] Celik KF, “Consumo de energía en modo de espera en ascensores de bajo uso”, ELEVATOR WORLD India, Vol.2, págs.58, 2009. 

[6] Celik KF, “Diseño y control de válvulas de control electrónico”, Elevator Technology 17, Proc. Of Elevcon, págs. 34-45, 2008 

[7] Celik KF, “Un método de compensación de carga y temperatura para ascensores hidráulicos ecológicos mediante inversores”, Actas de Elevcon, IAEE, Miami, 2012. 

[8] ITAINNOVA, Instituto Tecnológico de Aragón, Análisis del ciclo de vida de ascensores hidráulicos y de tracción, octubre de 2017. 

[9] hidroware.de/lib/get/file.php?id=155f9221554af7 

[10] F. Celik, “Seguridad de los ascensores en regiones sísmicas”, EW, agosto de 2005, pág. 140.