Calidad de Energía

Un estudio reciente de IBM muestra que los problemas de calidad de energia le han costado a las empresas de EEUU mas de U$S 15.000.000.000 al ano. Esto implica un promedio de U$S 79.000 por empresa!

Por que es tan importante?

Cada dia es mas importante considerar la calidad de la energia electrica. Los problemas relacionados con la alimentacion de energia y con puestas a tierra defectuosas pueden causar errores en los datos y procesos que, como consecuencia, afectaran a la produccion y a la calidad del servicio.

Si bien es cierto que hoy en dia el sistema electrico es mucho mas estable si lo comparamos con lo que era diez anos atras, existen puntos de la red que estan al maximo de su capacidad. Sin embargo, es importante entender y comunicar que, en general, no es precisamente lo que ocurre del medidor hacia afuera lo que produce el mayor impacto negativo sobre la productividad y la rentabilidad de nuestros negocios, sino el incremento del equipamiento dentro de las plantas de produccion y de los centros de computos.

Puede parecernos que cada vez experimentamos mas problemas, pero en realidad lo que sucede es que los equipos de alta tecnologia y los sistemas de control son cada vez mas sensibles a las perturbaciones de la red electrica que los alimenta.

Cuales son los costos asociados?

• Perdidas de produccion: cada vez que la produccion se interrumpe tendremos perdidas economicas debidas al producto no fabricado y no vendido.

• Productos danados: las interrupciones pueden danar los productos en alguna parte del proceso causando la no conformidad e incrementando el scrap.

• Perdidas de ingresos: las caidas de servicio en centros de procesamiento de datos, call centers, tiendas online y similares pueden causar elevadas perdidas economicas por cada hora fuera de servicio.

• Mantenimiento: la respuesta a una perturbacion de tension puede implicar restaurar copias de seguridad de datos, detener la produccion, diagnosticar y corregir el problema, limpiar y reparar, desechar productos danados y, en algunos casos, costos ambientales.

Reactivo o Proactivo

Tipicamente tanto el mantenimiento electronico, como el de automatizacion y control es reactivo en la mayoria de las empresas y casi nunca proactivo.

El mantenimiento preventivo en el mundo electronico ha desaparecido. No existe un ensayo que nos indique cuando un chip va a fallar o a perder un proceso. Tampoco cuando un balasto electronico o un driver de una luminaria LED va a fallar. Simplemente sucede y en el momento menos conveniente.

A menudo somos sorprendidos en el modo reactivo debido a la falta de informacion respecto de las causas especificas de la salida de servicio. Al no tener familiaridad con el origen del problema gastamos dinero en supuestas soluciones que no resultan efectivas.

Mas alla de cualquier definicion de calidad de la energia electrica se puede asegurar que la causa principal de confusion de software y fallas en plaquetas con microprocesadores, aparte de los rayos, son las sobretensiones transitorias.

La amplitud de estos eventos en una instalacion tipica abarca un rango desde 500V hasta mas de 6000V. Si consideramos la frecuencia con la que ocurren estos eventos, debido a la proliferacion de variadores de velocidad en la industria, vemos que llega a superar el millon de transitorios por hora.

Se hace dificil contemplar en la ingenieria todos los problemas potenciales de calidad de energia que pueden ocurrir en la instalacion. Sin embargo, contamos con excelentes soluciones en el mercado y empresas especialistas en este campo de la ciencia para resolverlo.

A que se debe el incremento repentino en este tipo de fallas?

Las fallas inexplicables en plaquetas electronicas, la confusion del software, las “colgadas” y reinicios y las consecuencias de las descargas electricas atmosfericas pueden ser eliminadas o reducidas drasticamente con la implementacion de dispositivos de proteccion contra sobretensiones (DPS) siempre que cuenten con la tecnologia y calidad adecuadas.

Todos los dispositivos basados en microprocesadores requieren de ciertos parametros de calidad de energia para operar. Tanto la velocidad de procesamiento como la densidad de circuitos en los microprocesadores se han incrementado exponencialmente en los ultimos anos.

Lo que hace 2 anos no era un problema a considerar (electricamente hablando) hoy en dia lo es.

Pensemos que, en la decada de los 80, el primer procesador Pentium alcanzaba los 600 MHz. El procesador que tiene hoy en dia una heladera conectada a internet tiene mayor capacidad de procesamiento que lo que disponia la NASA en el primer lanzamiento de cohetes Gemini.

Aislar al equipo sensible basado en microprocesadores de las fluctuaciones del sistema de alimentacion electrica y sus consecuencias sera siempre una inversion conveniente y critica.

La recomendacion – Dispositivos de Proteccion contra Sobretensiones

Ahora el desafio es determinar que tamano, forma, color y tecnologia seleccionaremos para este proyecto. Es entonces cuando en nuestro navegador ingresamos a GoogleTM y tipeamos “supresores de transitorios” ... y de pronto las posibilidades que aparecen en el listado son muchisimas.

Si bien abordar este concepto esta mas alla del alcance de este documento, solo diremos que la implementacion de una “cascada” de protecciones (tal como lo recomienda la IEEE Std. 1100- 2005) es el punto de partida para obtener un nivel de calidad de energia para la instalacion que sea propicio para el funcionamiento adecuado del equipamiento basado en microprocesadores.

Se recomienda con enfasis considerar una tecnologia de vanguardia en la industria de las protecciones contra sobretensiones transitorias que permita aislar las perturbaciones y entregar la onda senoidal que requieren aquellos microprocesadores de los que dependemos y utilizamos todos los dias.

El desafio de I+D para disenar un DPS que provea una onda senoidal libre de transitorios puede resultar abrumador. Pero, el conocimiento de las frecuencias a las que operan aquellos transitorios internos resultaron fundamentales para el concepto de SineTamer®.

Habiendo examinado las perturbaciones que producen las maniobras de cargas inductivas y capacitivas en la frecuencia (con una fundamental de 50 / 60 Hz), nuestro equipo de ingenieros con mas de 60 anos de experiencia combinada ha desarrollado y mejorado el proceso que denominamos Frequency Attenuation Network® (Red de Atenuacion de Frecuencia).

El tipico DPS de hoy en dia simplemente responde a un evento de sobretension. Esto significa que la unidad "ve" una sobretension una vez que excede el pico de la onda sinusoidal en una cantidad predeterminada del 15-25%. Esto lo hara "responder” y comenzar el proceso de eliminacion del evento de sobretension.

Hay un nivel de tension que pasara aguas abajo del supresor, antes de que la unidad lo "suprima", que se define como "tension residual" (o sea lo que dejo pasar). Utilizando el conjunto estandar de formas de onda de ensayos definido por IEEE C62.45, podemos comparar varios productos entre si.

Esto esta muy bien para la mayoria de los productos electricos, como motores, bombas y balastos de iluminacion estandar, por ejemplo. Sin embargo, con la tecnologia discutida anteriormente (equipamiento electronico sensible basado en microprocesadores), ya no es suficiente para ser considerado una solucion.

Optimizando una Tecnologia Existente

Nuestro equipo de ingenieria ha perfeccionado un concepto que se ha denominado "seguimiento de onda senoidal" durante muchos anos.

Este termino, aunque describe el resultado, no es exacto y no es posible en muchos casos. No hay componentes "activos" en este tipo de dispositivos que rastreen "activamente" la onda senoidal.

Los circuitos que incorporan los productos SineTamer® operan independientemente de la tension y por lo tanto no tienen una tension de cebado especifica. Reaccionan ante las variaciones de frecuencia y tension simultaneamente.

Cuando la onda senoidal se "distorsiona" debido a un evento transitorio, en efecto la frecuencia de la onda senoidal ha cambiado. Es en ese punto de cambio que comienza a producirse la supresion.

El nivel en el que el SineTamer® elimina la sobretension del sistema depende en gran medida del tipo, la duracion y la intensidad del transitorio.

El principal objetivo de este concepto unico es atenuar la onda senoidal regresandola a los 50 o 60 Hz fundamentales y evitar, en la medida de lo posible, que el efecto oscilatorio de los transitorios generados internamente afecte negativamente a los dispositivos basados en microprocesadores dentro de la instalacion.

La importancia de esto es doble. En primer lugar es sabido que entre el 70 y el 80% de todos los transitorios ocurren dentro de la propia instalacion debido a la interaccion de los equipos existentes y, la gran mayoria de estos transitorios, son eventos con forma de onda oscilatoria amortiguada.

Consideremos las decenas de miles de transitorios de 500-700 V que ocurren cada hora, imaginemos el estres que producen en los devanados de los motores, las senales de datos y las pistas de las placas electronicas.

La eliminacion efectiva de estos eventos ha tenido un impacto positivo e inmediato en la rentabilidad de las empresas. Menos intervenciones de mantenimiento correctivo, menos fallas inexplicables, menos rebobinados de los motores... menos..., menos..., menos.

En segundo lugar, como ya comentamos, las velocidades de los procesadores van en constante aumento y, al mismo tiempo, los niveles de tension de CC dentro de los chips han disminuido hasta milesimos de Volt. Como resultado aparece un problema que llamamos "confusion de software".

Con esto nos referimos a aquellos eventos aleatorios en aplicaciones de control de procesos, PLCs, CNCs y una gran cantidad de otras aplicaciones controladas por software que se apagan, bloquean o causan alguna parada en el sistema.

La causa puede atribuirse muchas veces a multiples cruces por cero en la onda senoidal debidos a transitorios oscilatorios, como se ve en esta imagen del osciloscopio:

En terminos simples la onda seinoidal puede describirse como una serie de “unos” (pico de la onda) y “ceros” que son procesados por la fuente de alimentacion (inversor de CA / CC) y distribuidos por toda la placa de circuitos y el chip del procesador en si.

Ahora, cuando ocurre un transitorio oscilatorio proximo o en el cruce por cero, se obtiene el efecto de multiples ondas sinusoidales mas pequenas que ocurren dentro del contexto de la "onda sinusoidal real".

La consecuencia es que ahora los 0 se convierten en 1 produciendo la confusion. La mayoria de las veces no se puede atribuir a nada especifico, por lo que se decimos "a veces las computadoras son asi" o simplemente “se colgo”. La realidad es que no es cierto, como tampoco deberia afectar al negocio, ni causar salidas de servicio no programadas, ni reinicios que, si bien pueden no ser costos de "mantenimiento duro", si sumaran perdidas significativas en lo economico.

La caracteristica de Red de Atenuacion de Frecuencia ® con la que cuentan algunos modelos de la linea de productos SineTamer® posee la capacidad distintiva de reducir y anular de manera segura el impacto y el efecto de los transitorios oscilatorios a niveles practicamente insignificantes en la mayoria de las situaciones.

Con una forma de onda senoidal como esta....

... lograr una forma de onda como esta! El resultado es inmediato y duradero.

En la instalacion en particular que se muestra en estas imagenes (estacion de bombeo de aguas residuales) los llamados de servicio al sitio se redujeron tanto que la cuadrilla pasaba periodicamente para verificar que todo estaba en servicio.

Otro caso, en una planta embotelladora de Sudamerica: una etiquetadora en particular se salteaba aleatoriamente alguna botella de la linea. Luego de implementar este sistema en pequenos variadores de velocidad (potencia) y en el PLC (control) el problema desaparecio permanentemente.

Si bien no podemos decir que todos los bloqueos o reinicios de software aleatorios son causados por sobretensiones transitorias, si podemos afirmar basados en nuestros 30 anos de experiencia, que un numero significativo de esas salidas de servicio se pueden evitar gracias a la caracteristica de Red de Atenuacion de Frecuencia® de los DPSs SineTamer®.

Para mayor informacion visite nuestro sitio: www.sinetamer.com

Instelec Ingenieria Electrica SRL

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