Modernización energéticamente eficiente de accionamientos hidráulicos

Tony Aschwanden y Conradin Jost
Bucher Hydraulics AG, Suiza

Este trabajo fue presentado en  Lucerne 2010, el Congreso Internacional sobre Tecnologías de Transporte Vertical y publicado por primera vez en el libro de la IAEE Tecnología de ascensores 18, editado por A. Lustig. Es una reimpresión con permiso de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores.  (sitio web: www.elevcon.com). Este artículo es una reimpresión exacta y no ha sido editado por ELEVATOR WORLD. 

Palabras clave: Eficiencia energética, ahorro de energíación, modernización, hidráulica inteligente, electronválvula hidráulica controlada ically, tecnología de inversor hidráulico, consumo en espera

RESUMEN

La modernización y la eficiencia energética son dos de los temas dominantes para el futuro en la industria de los ascensores. Bucher Hydraulics ha reconocido los signos de los tiempos desde el principio y ya puede ofrecer productos maduros y bien establecidos en la actualidad. Sin embargo, con una mejor comprensión de la demanda en la marcada modernización, Bucher Hydraulics desarrolla nuevos productos. Esto significa, optimizado en eficiencia energética con un enfoque especial en la mejor relación precio-rendimiento. El resultado es una solución llamada "Compact VF" que también se puede combinar con "Multikit" para una modernización paso a paso de la instalación de elevación hidráulica. Esto ayudará a reducir sustancialmente el consumo de energía de más de 1.2 millones de elevadores hidráulicos en funcionamiento (por lo general, más de 20 años) con una carga de costo mínima para el propietario final.

1 INTRODUCCIÓN

La seguridad y la accesibilidad han sido los temas principales en la industria de los ascensores durante muchos años. Ahora, las cuestiones medioambientales están cobrando protagonismo desde que se estableció el "Protocolo de Kioto". Se hizo el mayor esfuerzo en la eficiencia energética de la instalación de ascensores y la mayoría de los fabricantes han inventado soluciones interesantes para reducir sustancialmente el consumo de energía. Además, Bucher Hydraulics es consciente de esta tendencia desde el principio y está haciendo
un gran esfuerzo en el desarrollo de sistemas de accionamiento hidráulico energéticamente eficientes. Para reducir el consumo de energía de los ascensores actualmente instalados, la modernización es, por tanto, la clave principal. A menudo se olvida que una parte importante de las instalaciones de ascensores instaladas que tienen más de 20 años son ascensores hidráulicos. Por lo tanto, solo una unidad de potencia hidráulica energéticamente eficiente puede tenerse en cuenta para una modernización que valga la pena desde el punto de vista ecológico. Un hecho adicional es también que el mayor número de ascensores instalados se encuentra en el sector residencial que tiene requisitos especiales del mercado. Esto significa; Sonó de aplicación limitada (por ejemplo, viajes, carga útil, velocidad, etc.), normalmente baja intensidad de uso y, finalmente, muy sensible a los costos y, por lo tanto, se prefiere una modernización paso a paso para distribuir los costos durante varios años. En este trabajo se analiza el mercado de ascensores para la modernización energéticamente eficiente y se demuestra el posible potencial. Además, se ofrece una breve introducción al estado del arte de los accionamientos hidráulicos para una mejor comprensión de la tecnología. La última parte muestra el desarrollo del producto de una unidad de potencia de eficiencia energética que se denomina "Compact VF" para obtener la mejor relación precio-rendimiento para satisfacer la marcada demanda descrita anteriormente. Además, esta solución se puede combinar con “Multikit” para una modernización paso a paso.

2 ANÁLISIS DE MERCADO

Se han realizado muchos análisis de mercado para determinar la necesidad de modernizar las instalaciones de ascensores más antiguas. La organización Intelligent European Energy ha realizado un análisis muy completo con el denominado “Proyecto E4”. En cooperación con cuatro universidades y la Asociación Europea de Ascensores (ELA) se ha realizado una evaluación significativa del mercado europeo de ascensores que cubre el potencial de instalaciones de ascensores energéticamente eficientes.      Continuar

2.1 Hechos y cifras

Es un desafío obtener una visión general clara del mercado mundial de ascensores y hay una multitud de estadísticas que cubren este tema. Una fuente confiable para Europa es la estadística ELA del año 2009 que cubre la mayoría de los países europeos industrializados. La tabla 1 muestra que aprox. más de 4.5 millones de ascensores están en funcionamiento. Según una estimación realista, el 50% del total son hidráulicos y más de la mitad de ellos tienen más de 20 años, aprox. 1.2 millones de ascensores hidráulicos tienen una necesidad real de modernización. Una asignación detallada del tipo de ascensores da la Figura 1.

2.2 Directrices y objetivos para instalaciones de ascensores energéticamente eficientes

La UE está presionando a la industria para que reduzca el consumo total de energía en todos los campos en un 20% para 2020. En este contexto, VDI 4707 que se realizó a partir de 2009 y el trabajo preliminar para un código ISO (25745-1) tendrá un impacto considerable en la industria de los ascensores. Además, la directiva europea EPB (Rendimiento energético de los edificios - directiva 2002/91 / EC), que actualmente se encuentra en revisión, aconseja a los gobiernos nacionales y las autoridades públicas que organicen un proceso de certificación y revisión del mismo para fomentar una buena gestión energética. Incluye, por supuesto, renovaciones de edificios y la introducción de sistemas y soluciones de energía nuevos y alternativos.

2.3 Estructura del mercado

Los propietarios de ascensores en la mayoría de los casos no son conscientes de la circunstancia de que tienen instalaciones de ascensores maduros en sus propiedades y, por lo tanto, existe una gran falta de información sobre las posibilidades de modernización energéticamente eficiente. Los fabricantes pueden desarrollar y promover soluciones energéticamente eficientes que cubran las últimas directrices, pero nunca tendrán una relación tan estrecha como la que tienen los instaladores de ascensores o las empresas de servicios con el propietario. Por lo tanto, este grupo es muy importante para asesorar a los usuarios finales sobre la posibilidad de una modernización energéticamente eficiente. Además, también es una oportunidad de crecimiento en un mercado como el descrito anteriormente con un potencial de 1.2 millones de ascensores. Para acelerar la modernización de la eficiencia energética, los organismos notificados y los supervisores del mercado pueden informar o realizar cálculos sobre el potencial de ahorro de energía en las propiedades existentes de los propietarios. La Figura 2 muestra la estructura de mercado típica en la industria de ascensores.

3 ESTADO DEL ARTE DE LOS ACCIONAMIENTOS HIDRÁULICOS

La división de elevación de Bucher Hydraulics presentó hace 30 años la exclusiva válvula de elevación controlada electrónicamente “LRV”. Esta válvula de elevación sigue siendo el punto de referencia para un control hidráulico de alta fiabilidad, que proporciona un confort de conducción sin igual, la última actualización en seguridad y eficiencia energética. El siguiente paso en el desarrollo es la válvula "inteligente" llamada "iValve" con una función de autoajuste y opciones para acceso remoto y monitoreo de condición.

3.1 Válvula de elevación controlada electrónicamente

Los buenos genes de esta válvula de elevación controlada electrónicamente conducen a varios desarrollos incomparables dentro del mercado de los accionamientos hidráulicos. Todo este esfuerzo se ha dedicado a aumentar la eficiencia y garantizar un perfecto confort de marcha independientemente de las condiciones ambientales. La siguiente descripción muestra cómo se pueden lograr técnicamente estos beneficios.

La Figura 3 muestra en una descripción general simplificada el principio de funcionamiento de la válvula de elevación LRV controlada electrónicamente de Bucher Hydraulics durante un viaje hacia arriba.

Los componentes más relevantes:

• Una electrónica digital sofisticada para calcular una curva de marcha suave en todas las condiciones

• B Dispositivo de retroalimentación sin contacto del caudal de aceite actual. Debido al "principio Hall" sin contacto, funciona sin mantenimiento durante toda su vida útil.

• C Válvula proporcional que controla el flujo de aceite de derivación, que finalmente da como resultado el caudal correcto proporcionado al cilindro (Z)

Todo el esfuerzo en el diseño tiene un objetivo principal: comodidad de conducción insuperable independientemente de la carga y la temperatura. Además, la eficiencia del accionamiento ya es notablemente superior en comparación con los bloques de válvulas mecánicas convencionales. Dependiendo de la aplicación, hasta un 30% menos de consumo de energía en comparación con los diseños mecánicos es el resultado de la tecnología de válvulas controladas electrónicamente. Por supuesto, esto se traduce en un 30% menos de calor, lo que es muy apreciado por todas las partes interesadas. Como beneficio final, muchas aplicaciones no requieren un enfriador de aceite, como ocurría anteriormente cuando se trabajaba con bloques de válvulas mecánicas convencionales.

La Figura 4 muestra en una comparación impresionante la alta precisión y rendimiento de conducción de la tecnología de válvulas controladas electrónicamente en comparación con una válvula mecánica.

IMPORTANTE: En el eje x se muestra el tiempo de funcionamiento del motor. Esto significa que la distancia recorrida para un viaje es la misma, pero obviamente el tiempo de ejecución puede variar drásticamente cuando se usa una válvula mecánica.

Esto resulta en una gran ventaja para la válvula controlada electrónicamente. Hasta un 30% de ahorro de energía, con solo usar esta sofisticada tecnología debería ser razón suficiente. Por no mencionar otros hechos que ahorran dinero, como menos tiempo de inactividad debido a las condiciones cambiantes de funcionamiento (por ejemplo, cambios en la temperatura ambiente o la carga útil). Esto evita intervenciones de servicio no programadas que serían necesarias en válvulas mecánicas, para adaptar los ajustes mecánicos a estas nuevas condiciones.

Los gráficos muestran claramente el potencial de ahorro de energía de hasta un 30%, simplemente siendo precisos y "a tiempo" en el piso superior. Esto se garantiza con el hecho de que la curva de conducción es siempre la misma, independientemente de si se conduce con la cabina llena o vacía o con aceite frío o caliente. Por lo tanto, simplemente ejecuta la instalación con los parámetros preestablecidos de fábrica y el instalador puede establecer el tiempo para las señales de desaceleración en sus secuencias de tiempo preferidas.

¡No habrá desviaciones debido a cambios en las condiciones de operación!

• siempre el mismo punto de partida

• siempre la misma distancia de velocidad de fluencia

• siempre la misma pendiente de aceleración / desaceleración

• siempre la misma velocidad

• siempre un viaje suave sin sacudidas

Y por último, pero no menos importante, como ya se ha mencionado, en muchos casos no es necesario un enfriador de aceite debido al ahorro de energía de hasta un 30%.

3.2 Accionamientos hidráulicos controlados por frecuencia

Al usar un convertidor de frecuencia para controlar la velocidad de la bomba hidráulica, la eficiencia del accionamiento hidráulico aumenta notablemente. Como resultado, la pérdida térmica se reduce aún más en comparación con los buenos valores de la válvula controlada electrónicamente.

El flujo de aceite se controla principalmente en ambas direcciones (ARRIBA y ABAJO) por la velocidad de la bomba, que está determinada por la velocidad individual del motor adjunto. El cuerpo de la válvula consta nuevamente de los elementos cruciales de la técnica controlada electrónicamente. Un control suave de la velocidad solo es factible en combinación con el principio de funcionamiento de la válvula electrónica LRV, ya explicado en el capítulo anterior.

La Figura 5 muestra de manera impresionante que la pérdida de calor se puede reducir drásticamente mediante el uso de técnicas de inversor (dibujo de la derecha). Una siguiente ventaja importante; la pequeña cantidad de disipación de calor restante puede ser enviada por un pequeño cable desde el inversor a una resistencia de freno - mucho menos costoso que una manguera / tubería con cortes requeridos en la estructura del edificio para conectar un enfriador de aceite convencional ... para reducir aún más el espacio del motor El calentamiento de las resistencias de rotura se puede montar en el interior del hueco del ascensor.

Para mayores demandas de tráfico, no agregue un enfriador, ¡use tecnología de inversor hidráulico! Además de la conducción más eficiente, apreciará otros beneficios:

• menos emisiones de ruido

• sin retrasos cuando comienza el viaje

• no hay picos de corriente cuando el motor arranca

4 MEJORES PRÁCTICAS: SOLUCIONES PARA UNA MODERNIZACIÓN EFICIENTE ENERGÉTICA

El último desarrollo de producto de Bucher Hydraulics combina el recorrido de marcha hacia arriba controlado por frecuencia y el recorrido hacia abajo controlado electrónicamente con los beneficios de ambas soluciones, que se explicaron en detalle en los capítulos anteriores. Esta solución cubrirá el espacio entre la válvula de elevación controlada electrónicamente y el accionamiento hidráulico controlado por frecuencia completa.

4.1 Unidad de potencia VF compacta

Las principales aplicaciones de este producto son instalaciones con baja intensidad de uso como edificios residenciales de hasta 6 niveles, donde la eficiencia energética está en el foco y se pide la mejor relación precio-rendimiento. La mayoría de los ascensores instalados en todo el mundo pertenecen a la categoría de uso 1 (según VDI 4707) con un tiempo medio de viaje de hasta 0.3 h / día, que está relacionado con aprox. 200 viajes por día.

Viaje de subida:

La unidad de potencia con control de frecuencia ayudará a reducir el consumo de energía durante el viaje UP-ride debido al control de velocidad efectivo de la combinación de motor-bomba durante la aceleración y desaceleración de la curva de conducción. Además, la aplicación con un convertidor de frecuencia puede limitar la corriente reduciendo la velocidad para una mayor carga de cabina. Especialmente beneficioso para la modernización, donde se puede cubrir la carga de cabina más alta con una conexión de energía limitada.

Para ascensores con baja intensidad de uso, el convertidor de frecuencia tiene una cierta desventaja debido a su consumo en espera. Por otro lado existen esfuerzos de los diferentes fabricantes de los convertidores de frecuencia para reducir el consumo de energía en modo standby para reducir el impacto negativo.

Viaje hacia abajo:

El recorrido DOWN-ride funcionará como con la válvula LRV-1 controlada electrónicamente. El control de circuito cerrado del flujo de aceite con el LRV-1 permite una precisión de nivelación cómoda y reproducible de +/- 3 mm. De acuerdo con la nueva EN81-2 / A3, será obligatorio detenerse dentro de +/- 10 mm entre todas las diferentes condiciones de temperatura y carga, lo que sería difícil de lograr con una válvula mecánica.

En comparación con la unidad de potencia controlada por frecuencia de Bucher Hydraulics, el Compact VF no transferirá la disipación de calor a través de la resistencia de ruptura al aire, sino que lo transferirá al aceite. Por esa razón, esta solución será la preferida para una baja demanda de viajes. La gran ventaja es el ahorro de costes adicionales porque el controlador de frecuencia no necesita la función de resistencia de corte ni un codificador para detectar la velocidad del motor. Con esta complejidad reducida, la instalación será rápida y sencilla.

La Figura 6 muestra de una manera impresionante que la pérdida de energía se puede reducir drásticamente utilizando técnicas de inversor solo en el recorrido UP-ride. Esto conduce a una reducción en la demanda de viajes de energía hasta en un 40% en comparación con una válvula mecánica.

4.2 Modernización paso a paso con Multikit

En un momento en el que se retrasan muchas instalaciones nuevas y se solicitan nuevos requisitos de código, es esencial considerar soluciones de modernización. Para muchos propietarios de ascensores, un mantenimiento costoso, un desperdicio de energía y un escaso confort de marcha son un problema. Para modernizar este tipo de instalaciones, Bucher Hydraulics ha desarrollado un kit de modernización paso a paso para conectar el controlador de elevación con la unidad de potencia hidráulica. Con el Multikit, la unidad de potencia se puede actualizar a la última tecnología de accionamiento en muy poco tiempo con una relación calidad-precio óptima.

El kit de modernización incluye la placa de interfaz electrónica con entradas de amplio rango para señales eléctricas de 12V a 230V AC o DC. Esto permite mantener el controlador de ascensor existente y, por lo tanto, minimizar el tiempo y el costo de reemplazo. Además, el kit de modernización incluye todos los componentes mecánicos y cableado eléctrico para la instalación, así como documentación detallada para una fácil puesta en marcha.

La Figura 7 muestra el resultado de una modernización, donde una válvula existente ha sido reemplazada por una válvula controlada electrónicamente y un convertidor de frecuencia para dar como resultado una solución Compact VF. Alternativamente, se puede reemplazar la unidad de potencia completa, ya sea que sea un Compact VF o una de las otras unidades de potencia estándar de Bucher, como Compact, Comfort o Economy Line.

CONCLUSIÓN 5

El análisis del ascensor marcado ha demostrado que más de 1.2 millones de ascensores hidráulicos en Europa tienen más de 20 años y existe un gran potencial para una reducción sustancial del consumo de energía a través de la modernización. Este hecho también está en línea con los objetivos de la Comisión Europea de reducir el consumo de energía en un 20% para el año 2020.

Por lo tanto, Bucher Hydraulics desarrolló el “Compact VF” con la posibilidad de reducir la demanda de viajes hasta en un 40%. Con esta solución de costo optimizado se puede lograr una relación calidad-precio inigualable. Para dar a los propietarios de ascensores la posibilidad de distribuir los costos de modernización durante varios años, el “Multikit” permite, por lo tanto, una modernización paso a paso también en combinación con la tecnología Compact VF para reducir sustancialmente el consumo de energía.

6 REFERENCIAS

De Almeida, A., (2010). E4-Ascensores y escaleras mecánicas energéticamente eficientes, Informe para Intelligent Energy Europe, Bruselas

Verein Deutscher Ingenieure, (2009). VDI 4707 parte 1 Ascensores Eficiencia energética, Directriz, Düsseldorf

Chartron, M., (2009) Aumenta el interés por la eficiencia energética en ascensores, Newsletter ELA European lift association, Bruselas

Bucher Hydraulics, (2010) Descripción de productos: LRV, VF-LRV, Multikit, documentación técnica, Neuheim Suiza