En las mismas instalaciones, la evolución tecnológica y el interés permanente por reducir el consumo energético ha llevado a un aumento en el uso de convertidores de frecuencia destinados al control de la unidad de tratamiento del aire (UTA) en sistemas de bombeo y otras máquinas de fluido dinámicas. En efecto, los convertidores de frecuencia permiten optimizar el consumo energético un promedio del 30% para picos de 60% – proporcionando en cada instante sólo la carga necesaria; además, también reducen los consumos en los períodos de pico, algo que puede solicitar el suministrador de energía eléctrica, garantizando un funcionamiento óptimo de la máquina y una reducción en el mantenimiento básico, así como la reducción de ruido.
Resulta evidente que en la optimización de un sistema HVAC, la correcta interfaz entre el BMS y el convertidor es de suma importancia; en la actualidad dicha operación puede encontrarse en las dos modalidades siguientes:
- Modalidad 1: Sigue siendo la más extendida, consiste en enviar todas las señales de campo – p.ej. sondas y otra instrumentación – directamente al BMS, controlando los convertidores con señales analógicas y digitales, como si se tratara de un simple “músculo” operativo del sistema. Esta modalidad presenta algunas desventajas.
Fig.1 Esquema de unidad de tratamiento de aire: también para una aplicación simple como esta, el uso de una conexión vía bus entre el sistema BMS y un convertidor HVAC permite numerosas ventajas. Ver tabla 1 al final del texto.
Desventajas:
- La primera desventaja es el elevado número de cableados necesarios para lograr la interfaz. La configuración más simple, en la que el BMS facilita el parámetro de velocidad a través de la entrada analógica, la orden de marcha y paro junto con las entradas digitales y el estado del convertidor (velocidad real y estado de marcha o paro) ocupan cerca de 12-14 cables. Desde que no funciona en modalidad stand alone, un cambio eventual en la lógica de funcionamiento podría llevar a la necesidad de modificar el propio cableado.
- Además de los correspondientes tiempos y costes, así como posibles errores puntuales, otra limitación de esta solución es que no permite aprovechar todas las posibilidades de control de los convertidores que podrían aligerar el trabajo de la BMS. De hecho, los convertidores actuales específicos para sistemas HVAC, como los ACH550 de ABB, pueden funcionar según el ciclo de control PID, ya sea conectados a la potencia o a dispositivos externos, pues están equipados con E/S propias totalmente análogas a las de la BMS.
Fig.2 Cableado tradicional para la aplicación de la fig.1
- Modalidad 2: Consiste en una conexión entre el BMS y el convertidor directamente a través del bus, conectando el mayor número posible de señales de campo al mismo convertidor. En este sentido las ventajas son inmediatas. Si comparamos los únicos dos cableados entre el BMS y el convertidor frente a los 14 precedentes, las prestaciones del sistema se ven enormemente ampliadas. El BMS puede adquirir a través del bus, desde la velocidad, el estado de marcha o interrupción, otra información útil (hasta 94), como los datos eléctricos (corriente, potencia, consumo total de energía), la temperatura del accionamiento, el par consumido y también los valores de las sondas de campo cableadas al convertidor.
Fig.3. Cableado vía bus que aprovecha la posibilidad de control de los convertidores.
En las situaciones más simples, en las que la carga de la máquina está en función de pocas variables, el convertidor en sí sólo puede controlar la lógica de regulación y comunicar, tan sólo, información al sistema de control. En este caso es necesario realizar la actividad de mantenimiento de la BMS o, en caso de interrupción esporádica, la aplicación mecánica puede continuar funcionando garantizando la carga necesaria. Independientemente de cuáles sean las otras entradas/salidas disponibles del convertidor, se pueden obtener otras ventajas, ya que el BMS está en capacidad de leer y controlar estas E/S a través del bus así como sus propias E/S. Esto significa la posibilidad de reducir los puntos de control necesarios del BMS pero sin perder las prestaciones de control.
En las aplicaciones más complejas, en las que la carga de las bombas y los ventiladores dependen de muchas variables, la sonda también puede cablearse al convertidor; en este caso la BMS lee los valores a través del bus, elabora estos datos junto con aquellos adquiridos directamente y, a través del bus, proporciona el parámetro de velocidad al convertidor. Es evidente que, también en este caso, la BMS necesita de un número de puntos menor gracias al cableado directo al convertidor y el uso de sus propias E/S. También se pueden ahorrar otros puntos considerando el hecho de que a través del bus, la BMS puede controlar indirectamente, mediante la salida del convertidor, otros dispositivos de campo como reguladores o válvulas.
Un ejemplo significativo
En el siguiente ejemplo se puede observar la simplificación del control con una UTA muy simple según el esquema de la fig. 1, en la que se analizan las modalidades de cableado clásico y en la que el cableado de las señales de campo llega al convertidor a través del bus.
En la tabla 1 se indican las señales y los comandos que la BMS debe gestionar. Tal y como se puede observar, en total se necesitan 23 puntos de control, de los cuales 13 son para las funciones de envío y retorno y los otros 10 son para el control del convertidor. En consecuencia, la solución de cableado tradicional que no aprovecha todas las posibilidades de control de los convertidores, será la representada en la Fig. 2, mientras que en la Fig. 3 se indica la solución con cableado por bus, que aprovecha la capacidad de control de los convertidores. En este segundo caso es evidente la reducción de cableado. Los dos convertidores disponen en total de 26 puntos de control (12 DI, 4 AI, 4 AO, 6 RO) para los que no son necesarios puntos para el control de dispositivos de campo.
Por lo tanto, existe la posibilidad de una versión híbrida en la que las sondas se cableen al convertidor y el diálogo con la BMS se efectúe con lógica tradicional, como se muestra en la Fig. 4; esta solución conlleva una necesidad menor de puntos en la BMS pero no ofrece ventajas en términos de reducción de cableado.
Fig.4. Cableado híbrido, intermedio entre la fig.2 y fig.3
