Según la Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA), más del 30 por ciento del consumo eléctrico del país se destina a alimentar sistemas de climatización (HVAC) y refrigeración; una parte significativa de esa energía se destina a los ventiladores de dichos sistemas. ebm-papst, fabricante de ventiladores, motores y accionamientos para estas y otras aplicaciones comunes, está desarrollando unidades de transferencia de aire de alta eficiencia energética, contribuyendo a mantener frescos nuestros espacios habitables, alimentos y bebidas, a la vez que reduce el desperdicio de energía y las facturas de servicios públicos. El enfoque de la empresa en GreenTech y la sostenibilidad impregna tanto sus líneas de productos como su filosofía corporativa.

Engineering.com conversó con ingenieros de ebm-papst, quienes ofrecieron una visión general de la tecnología que hace que sus ventiladores sean eficientes, asequibles, personalizables y beneficiosos para el ecosistema.

Motores

Hace más de un siglo, dos inventores tenían ideas diferentes sobre las formas en que la electricidad podía impulsar el mundo. Thomas Edison quería vender bombillas incandescentes y prefería los generadores y motores de corriente continua (DC). Su rival, Nikola Tesla, inventó el motor de inducción, que funciona con corriente alterna (AC). Cada motor tiene sus ventajas y desventajas.

Los motores de CC son muy eficientes a cualquier velocidad y su velocidad es fácil de variar, pero debido al uso de escobillas y colectores, tienden a tener una vida útil más corta. Los motores de inducción de CA no utilizan escobillas, lo que los hace más duraderos y rentables. Hasta hace poco, los motores de CA solo funcionaban a una única velocidad (en función de la frecuencia de la línea), pero los modernos variadores de frecuencia (VFD) ahora permiten que los motores de CA funcionen a varias velocidades, aunque son menos eficientes en el extremo inferior del rango.

Lo mejor de ambos mundos es el motor de CC sin escobillas, que utiliza control electrónico en lugar de escobillas y colector, lo que permite que los motores funcionen de manera eficiente a varias velocidades mientras se reduce el desgaste por fricción propio de los motores con escobillas. Debido a que sustituyen la electrónica por escobillas y colectores, suelen denominarse motores de conmutación electrónica, o ECM. En la práctica, los ECM son motores de CC sin escobillas, pero mientras que los motores de CC sin escobillas típicos funcionan exclusivamente con CC, los ECM tienen incorporados circuitos de conversión de CA a CC, por lo que funcionan directamente con la tensión de línea de CA.

Dos ingenieros de ebm-papst ofrecen una comparación entre motores de CA y motores EC:

Debido a que los motores ebm-papst aceptan entradas de CA, los ingenieros pueden adaptarlos fácilmente a diseños que antes utilizaban ventiladores de CA. De hecho, sus factores de forma son idénticos, lo que los hace adecuados como reemplazos directos. También fabrican ventiladores con entradas de CC para nuevas líneas de productos, alimentados por fuentes de 24 VCC compatibles con los sistemas de iluminación LED utilizados en muchas vitrinas refrigeradas. Ya sea CA o CC, estos ventiladores son ecológicos tanto en su fabricación como en su funcionamiento.

Tecnología de Ventiladores GreenTech         

ebm-papst se dedica a hacer que todos sus nuevos productos sean mejores que sus predecesores en términos de economía y ecología. Por ello, fabrica ventiladores que integran el motor, el circuito de control y las aspas en una sola unidad, lo que reduce la cantidad de material y energía utilizados en su producción. Según ebm-papst, «una combinación de elementos metálicos y plásticos en los rodetes axiales y centrífugos los hace particularmente ligeros y ofrece potencial para un diseño aerodinámico óptimo, culminando en un nivel de eficiencia energética nunca antes alcanzado, junto con una acústica mejorada». 

En función de la información recibida del sensor de temperatura externo de cada ventilador, el controlador puede aumentar o disminuir la velocidad de los ventiladores individuales para garantizar un enfriamiento uniforme en varias zonas. El resultado neto de contar con ventiladores de múltiples velocidades controlados individualmente es una reducción significativa del consumo de energía.

Los ventiladores de la empresa superan la directiva europea ErP para productos relacionados con la energía, gracias a una combinación de prácticas de fabricación sostenibles y una mayor eficiencia.

Electrónica Integrada GreenTech     

Un ventilador GreenTech puede incluir corrección del factor de potencia integrada, filtrado EMI, protección contra sobrecarga térmica,  limitación de corriente, detección de fallo de tensión de línea y de fase,  un conmutador electrónico, un circuito de arranque suave del motor y una conexión RS-485 Modbus que proporciona una interfaz de programación e integración en sistemas de múltiples ventiladores.

El ventilador también cuenta con un controlador PI programable que permite a los ingenieros ajustar los coeficientes proporcional e integral, aunque los ingenieros de ebm-papst afirman que la mayoría de sus clientes considera que los valores predeterminados preprogramados funcionan bien.

Sensores adicionales miden la velocidad del ventilador, la tensión, la corriente y la comunicación del bus, lo que permite que el controlador principal supervise el estado del ventilador, detecte fallos y alerte a un técnico si es necesario. Los sistemas HVAC pueden modificar la velocidad del ventilador según la hora del día, la ocupación de la sala, las condiciones ambientales y prácticamente cualquier otra variable que se pueda rastrear.

Monitoreo remoto con ventiladores ECM basados en IoT

Supervisar los equipos a nivel de máquina ya es cosa del pasado. Gracias al Internet de las  Cosas (IoT), los dispositivos pueden observarse y controlarse desde cualquier lugar. Como parte de la  iniciativa GreenIntelligence , ebm-papst incorpora tecnología IoT y una interfaz Modbus en sus ventiladores, lo que permite integrarlos en un sistema de automatización de edificios  (BAS) como parte de programas integrales de gestión energética y mantenimiento de máquinas.

El monitoreo y control remoto puede realizarse de dos formas:

1) utilizando el software de control EC de ebm-papst en un ordenador host con un convertidor de interfaz, y

2) a través de controladores de terceros^compatibles . (Una lista de controladores aprobados está disponible aquí.)

Cualquiera de las dos interfaces permite a un gestor de instalaciones observar parámetros como las horas de funcionamiento; la velocidad del ventilador; la corriente; la tensión; el consumo de energía; las operaciones de emergencia; la temperatura del motor, la electrónica y los circuitos de potencia; el modo de funcionamiento (control de temperatura o de presión/flujo de aire); el punto de ajuste; la retroalimentación de temperatura; y las señales de alarma. Se pueden utilizar distintos adaptadores RS485, como Bluetooth, USB o Ethernet, para establecer la conexión entre los ventiladores y los teléfonos inteligentes, portátiles o redes informáticas.

A través de una variedad de sensores conectados, un ventilador IoT puede detectar un fallo y enviar un código de error a un técnico, minimizando el tiempo de inactividad. Por supuesto, evitar un fallo es mejor que detectarlo , por lo que el BAS también puede realizar un seguimiento de la cantidad de horas que el ventilador ha estado funcionando, lo que ayuda con el mantenimiento preventivo. Aún mejor, los sensores pueden detectar condiciones que puedan producir un fallo en un futuro cercano, facilitando el mantenimiento predictivo.

Diseño con ventiladores ECM/IoT

Le pedí a un ingeniero de ebm-papst que me explicara el proceso de diseño del sistema de ventiladores para una unidad de refrigeración comercial. Para un ventilador de evaporador o condensador en esta aplicación, un ingeniero primero establecería estos parámetros de diseño:

• Punto(s) de funcionamiento del sistema: flujo de aire y presión estática
• Restricciones físicas
• Entorno: temperaturas ambientales mínima y máxima, polvo/humedad/agua pulverizada, etc.
• Tensión de alimentación, monofásica o trifásica, límite de potencia
• Control de velocidad/dirección (velocidad única, 2 velocidades, velocidad variable, funcionamiento inverso)
• Requisitos de monitoreo (velocidad, códigos de error, consumo de energía, horas de funcionamiento, temperaturas del motor/electrónica)
• ¿Se necesita un controlador principal? Si es así, ¿de qué tipo?

Esa información permite a los ingenieros determinar:

• Tipo de ventilador: axial, diagonal o centrífugo
• Tamaño del ventilador
• Tamaño del motor
• Opciones de potencia del motor
• Motor de CA o EC
• Opciones EC necesarias (las opciones disponibles dependen del tamaño del motor)
• ¿Es el controlador principal compatible con los ventiladores ebm-papst?

Los ingenieros de campo de ebm-papst trabajan con los ingenieros de aplicaciones del cliente para diseñar una configuración óptima de ventiladores que equilibre el rendimiento, el costo y la eficiencia.

A medida que los campos de la energía renovable y la sostenibilidad siguen creciendo, estamos descubriendo que ser ecológico y ahorrar dinero ya no son conceptos mutuamente excluyentes. Dispositivos de ahorro energético como las bombillas LED, la electrónica de bajo consumo y los ventiladores eficientes demuestran que los productos que tienen sentido desde el punto de vista ecológico también lo tienen desde el punto de vista económico, ¡y esa es una lección que realmente vale la pena!

Obtenga más información sobre los ventiladores EC GreenTech de ebm-papst.

Fuente: engineering.com