El impacto estratégico del equilibrio de contrapesos

Optimización de la eficiencia energética de los ascensores según la norma ISO 25745

por el Ing. Mantovani

La eficiencia energética de los ascensores es un parámetro cada vez más decisivo en los pliegos de condiciones, donde la clase energética constituye una restricción contractual. Este artículo explica cómo la optimización del equilibrado de contrapesos permite mejorar la clasificación energética del sistema mediante el análisis de la transición del equilibrado tradicional al 50 % a configuraciones alternativas, en concreto, al 30 %.

Introducción y análisis del comportamiento de uso del ascensor

La paradoja del equilibrio tradicional

Los sistemas de ascensores se equilibran convencionalmente al 50%, lo que significa que el contrapeso equivale al peso de la cabina más el 50% de la carga nominal. En esta configuración, cuando la cabina soporta la mitad de la carga máxima, el sistema está perfectamente equilibrado y el ascensor no requiere energía (sin considerar la fricción). Sin embargo, cuando la cabina está vacía o completamente cargada, la demanda de energía durante el transporte alcanza valores máximos.

Este enfoque de equilibrio minimiza las dimensiones de la máquina de tracción a plena carga, pero no representa necesariamente la opción más eficiente energéticamente.

Análisis del comportamiento del uso diario

Un simple análisis del comportamiento cotidiano revela algunos aspectos significativos:

• Predominio de cabinas vacías: En la mayoría de los casos el ascensor circula vacío.
• Prevención de aglomeraciones: Cuando el vehículo parece excesivamente lleno, los usuarios tienden a esperar al siguiente viaje.
• Utilización insuficiente: incluso en condiciones percibidas como de hacinamiento, la carga real sigue siendo significativamente inferior a la capacidad máxima permitida.

Estas estadísticas preliminares indican claramente que los ascensores operan predominantemente con cabinas vacías y muy rara vez a máxima carga. Por consiguiente, si el sistema consume la máxima energía precisamente en la condición de funcionamiento más frecuente (cabina vacía), la eficiencia energética general no es óptima.

Fundamentos regulatorios 

Principios de la norma ISO 25745

La norma ISO 25745 define la clasificación energética de los ascensores mediante mediciones reales de energía durante las fases de funcionamiento y espera, posteriormente ponderadas mediante coeficientes estadísticos para estimar el consumo energético diario y anual.

En este artículo nos centraremos en el aspecto de la energía en funcionamiento, donde la norma requiere la medición de energía en los terminales de entrada del panel de control durante los viajes de ida y vuelta con el coche vacío.

Metodología de cálculo

A partir de las mediciones de vehículos vacíos, se aplican posteriormente coeficientes correctores para estimar el consumo medio diario, en base a:

• Perfil de tráfico del sistema
• Número de pisos atendidos
• Carga nominal
• Porcentaje de equilibrio
• Estimación del consumo diario de energía
• Energía específica por metro de recorrido y kilogramo de carga

Implicación energética: Dado que la medición de referencia se realiza con el coche vacío, una reducción del consumo en estas condiciones se traduce directamente en una mejora en la clasificación energética final.

Para entender mejor el impacto del balanceo, realicemos un análisis teórico de la energía requerida en un viaje completo, despreciando las pérdidas por fricción y tracción de la máquina en un ascensor típico.

Análisis de equilibrio teórico:

Caso 1

Equilibrado del 50 % → Contrapeso (CWT) = 1450 kg

Consumo de energía en vacío = (CWT - P) × g × Viaje = (1450-950) × 9.81 × 75 = 368 kJ = 102 Wh

Consumo de energía en vacío = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de freno)

Caso 2

Equilibrado del 30 % → CWT = 1250 kg

Consumo de energía en vacío = (CWT - P) × g × Viaje = (1250-950) × 9.81 × 75 = 221 kJ = 61 Wh

Consumo de energía en vacío = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de freno)

Caso 3

Equilibrado del 0 % → CWT = 950 kg

Consumo de energía en vacío = (CWT - P) × g × Viaje = (950-950) × 9.81 × 75 = 0 Wh

Consumo de energía en vacío = 0 Wh (sistema tradicional con disipación de energía en la resistencia de freno)

Resultado: La ventaja energética de reducir el equilibrio es evidente inmediatamente incluso a partir de este análisis teórico simplificado.

Implicaciones de las máquinas de tracción

Cálculo del par requerido

Sin embargo, la reducción del equilibrio provoca inevitablemente un aumento del par que la máquina de tracción debe proporcionar:

Caso 1

Equilibrio del 50%

Par de la máquina = (Q + P - CWT) × g × DP/2000 = (1000+950- 1450) × 9.81 × 400/2000 = 981 Nm

Caso 2

Equilibrio del 30%

Par de la máquina = (1000+950-1250) × 9.81 × 400/2000 = 1373 Nm Caso 3

Equilibrio del 0%

Par de la máquina = (1000+950-950) × 9.81 × 400/2000 = 1962 Nm

Impacto económico y dimensional

Dado que las dimensiones y el costo de la máquina de tracción y del sistema de frenos están estrechamente relacionados con el torque requerido, este parámetro asume una relevancia económica significativa en el diseño del sistema.

Restricciones regulatorias: tracción de los medios de suspensión

Criticidad de la tracción

La reducción del equilibrado afecta significativamente las condiciones de verificación de la tracción media de la suspensión según EN 81-20, en particular cuando las siguientes condiciones se vuelven más críticas:

• Prueba de tracción al 125% de la carga nominal
• Parada de emergencia durante el descenso a plena carga

Estas verificaciones se vuelven cada vez más difíciles de cumplir a medida que disminuye el porcentaje de equilibrado. Por lo tanto, es necesario identificar el equilibrio óptimo entre la máxima eficiencia energética, la optimización del coste/tamaño de la máquina y el cumplimiento de los requisitos de tracción media de la suspensión.

Análisis experimental: cálculos reales con todos los parámetros

A continuación se presenta un cálculo completo según ISO 25745, considerando fricción, pérdidas, consumos auxiliares (puertas, cuadro de control).

Configuración de equilibrio del 50%

Resultados energéticos:

• Consumo energético diario estimado Ed [Wh]: 26.074 Wh → Clase energética B
• Energía específica de funcionamiento ESPC [MW/(KG·M)]: 1.02 mWh/(Kgm) -> Nivel 2
• Consumo energético anual estimado: 9.517 kWh

La máquina sin engranajes seleccionada para esta configuración tiene una eficiencia del 78%, pero incluso con una máquina ideal (100% de eficiencia, algo realmente no alcanzable), Ed, 21.614 Wh no habrían sido suficientes para alcanzar la clase A (<18.580 Wh).

Configuración de equilibrio del 30%

Resultados energéticos:

• Consumo energético diario estimado Ed [Wh]: 18.352 Wh → Clase energética A
• Energía específica de funcionamiento ESPC [MW/(KG·M)]: 0,71 mWh/(Kgm) -> Nivel 1
• Consumo energético anual estimado: 6.698 kWh

Análisis económico y técnico final

• Ahorro energético anual: 9.517 - 6.698 = 2.819 kWh
• Ahorro económico anual: 2.819 kWh × 0.287 €/kWh = 810 € (basado en el coste medio europeo de la electricidad)
• Selección de máquinas de tracción: Las configuraciones alternativas recomendadas requieren la instalación de máquinas sin engranajes de mayor tamaño; sin embargo, el considerable ahorro energético permite amortizar por completo el mayor coste de la máquina ya en el primer año de funcionamiento. La sostenibilidad económica y ambiental de la revisión del equilibrado queda claramente demostrada.
• Cumplimiento del código: Se cumple íntegramente la normativa de tracción EN 81-20, incluso con un equilibrado del 30%.

Conclusiones y recomendaciones técnicas

Desde una perspectiva energética, adoptar un equilibrio por debajo del 50% tradicional representa una solución sencilla pero eficaz para mejorar la clasificación energética y reducir los costes operativos. Este enfoque, técnicamente validado, se está convirtiendo en la estrategia preferida por los diseñadores e instaladores de ascensores para escalar la clasificación energética del sistema y ganar competitividad en licitaciones con restricciones energéticas, a la vez que se obtienen ahorros energéticos significativos y se minimiza el impacto ambiental en la industria.