Según la Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA), más del 30 % del consumo eléctrico del país se destina a alimentar sistemas de HVAC y refrigeración; una parte importante de esa energía se entrega a los ventiladores de esos 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, ayudando a mantener frescos nuestros espacios habitables, alimentos y bebidas, al tiempo que reduce el desperdicio de energía y las facturas de electricidad. El enfoque de la empresa en GreenTech y la sostenibilidad impregna tanto sus líneas de productos como su filosofía corporativa.

Engineering.com habló con los ingenieros de ebm-papst, quienes ofrecieron un panorama de la tecnología que hace que sus ventiladores sean eficientes, asequibles, personalizables y respetuosos con el ecosistema.

Motores

Hace más de un siglo, dos inventores tenían ideas diferentes sobre las formas en que la electricidad podría impulsar el mundo. Thomas Edison quería vender bombillas incandescentes; 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 tipo de motor tiene sus ventajas y desventajas.

Los motores DC 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 corta. Los motores de inducción AC no utilizan escobillas, lo que los hace más duraderos y rentables. Hasta hace poco, los motores AC solo funcionaban a una única velocidad (en función de la frecuencia de la red), pero los variadores de frecuencia modernos (VFD) ahora permiten que los motores AC funcionen a varias velocidades, aunque son ineficientes en el rango bajo.

Lo mejor de ambos mundos es el motor DC sin escobillas, que utiliza un control electrónico en lugar de escobillas y colector, permitiendo que los motores funcionen eficientemente a varias velocidades mientras se reduce el desgaste por fricción propio de los motores con escobillas. Como sustituyen las escobillas y los colectores por electrónica, suelen denominarse motores de conmutación electrónica, o ECM. En efecto, los ECM son motores DC sin escobillas, pero mientras los motores DC sin escobillas típicos funcionan estrictamente en corriente continua, los ECM tienen incorporado un circuito de conversión de AC a DC, por lo que funcionan directamente con la tensión de línea AC.

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

 

Debido a que los motores ebm-papst aceptan entradas AC, los ingenieros pueden adaptarlos fácilmente a diseños que antes utilizaban ventiladores AC. De hecho, sus dimensiones son idénticas, lo que los hace adecuados como reemplazos directos. También fabrican ventiladores con entradas DC para nuevas líneas de productos,que funcionan con fuentes de 24 VDC compatibles con los sistemas de iluminación LED utilizados en muchas vitrinas refrigeradas. Ya sean AC o DC, estos ventiladores son ecológicos tanto en su fabricación como en su funcionamiento.

Tecnología GreenTech de Ventiladores         

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, la circuitería de control y las palas 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 especialmente ligeros y ofrece potencial para un diseño aerodinámico óptimo, culminando en un nivel de eficiencia energética nunca antes alcanzado, junto con una acústica mejorada." 

Con base en la retroalimentación del sensor de temperatura externo de cada ventilador, el controlador puede aumentar o disminuir la velocidad de ventiladores individuales para garantizar un enfriamiento uniforme en varias zonas. El resultado neto de contar con ventiladores multivelocidad controlados individualmente es una disminución 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 mayor eficiencia.

Electrónica Integrada GreenTech     

Un ventilador GreenTech puede incluir corrección del factor de potencia integrada, filtrado de EMI, protección contra sobrecarga térmica,  limitación de corriente, detección de fallos de tensión de línea y 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 multiventilador.

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 maestro supervise el estado del ventilador, detecte fallos y alerte a un técnico si es necesario. Los sistemas HVAC pueden alterar la velocidad del ventilador en función de la hora del día, la ocupación del recinto, las condiciones ambientales y prácticamente cualquier otra variable que pueda rastrearse.

Monitoreo Remoto con Ventiladores ECM Basados en IoT

Monitorear 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, permitiendo que se integren 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 maneras:

1) mediante el software de control EC de ebm-papst en una computadora 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 horas de funcionamiento; velocidad del ventilador; corriente; tensión; consumo de energía; operaciones de emergencia; temperatura del motor, la electrónica y el circuito de potencia; modo de funcionamiento (control de temperatura o de presión/flujo de aire); punto de ajuste; retroalimentación de temperatura; y 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.

 

Gracias a diversos sensores conectados, un ventilador IoT puede detectar una falla y enviar un código de error a un técnico, minimizando así el tiempo de inactividad. Por supuesto, evitar una falla es mejor que detectarla, por lo que el BAS también puede llevar un registro del número de horas que el ventilador ha estado en funcionamiento,lo que facilita el mantenimiento preventivo. Aún mejor, los sensores pueden detectar condiciones que podrían causar una falla 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 ventilación 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 ambiente mínima y máxima, polvo/humedad/salpicaduras de agua, 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 maestro? 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 AC o EC
• Opciones EC necesarias (las opciones disponibles dependen del tamaño del motor)
• ¿Es el controlador maestro compatible con los ventiladores ebm-papst?

 

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

A medida que los campos de la energía renovable y la sostenibilidad continúan creciendo, estamos descubriendo que ser ecológico y ahorrar dinero ya no son conceptos mutuamente excluyentes. Los dispositivos de ahorro de energía, 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 GreenTech EC de ebm-papst.