Energía segura para áreas críticas

Procesos industriales y recintos de actividad humana requieren de suministro de electricidad ininterrumpido. Para subsanar fallas y pérdidas lo más adecuado es contar con sistemas de respaldo que permitan a los sistemas mantenerse en funcionamiento.

Por Joaquín Corona.

Los UPS permiten regular el voltaje y mantener un área o máquina sin cortes de energía de poca duración, los equipos están protegidos contra cualquier disturbio y se emplean para casi cualquier tipo de carga crítica.

Existen edificios, procesos y equipos en los que la continuidad y la calidad de la energía resulta indispensable, incluso vital. Este artículo pretende concientizar a usuarios, constructores y diseñadores con el fin de identificar áreas o equipos y protegerlos adecuadamente.

Aeropuertos
Según algunas publicaciones el tráfico aéreo mundial en 2013 fue de 5.7 billones de personas, por lo que para 2014 se prevé un crecimiento de 5.9 por ciento y para 2015 de 6.3 por ciento, por lo que uno de los edificios más representativos para tal estudio son los aeropuertos.

Estos pronósticos  apuntan a un crecimiento constante a corto y mediano plazo, lo que genera que estas edificaciones se enfrenten a ciertos desafíos:

•   Mejora de la calidad de recepción de pasajeros
•    Inversiones permanentes
•    Intensificación de seguridad
•    Seguridad garantizada en el equipaje de bodega
•    Control de personas (biometría, control de acceso, video, entre otros)
•    Circuitos de seguridad (CCTV)
•    La llegada de nuevos y más grandes aviones
•    Nueva arquitectura en terminales y puertas de los aviones
•    Nuevas pistas, calles de rodaje y áreas de estacionamiento
•    Mejoras de los aeropuertos existentes
•    Expansión y modernización en países desarrollados
•    Construcción de nuevos aeropuertos en países desarrollados

Áreas críticas en un aeropuerto
Entre las áreas críticas en un aeropuerto encontramos las siguientes:

•    Plataforma técnica
– Iluminación de pista de aterrizaje (AGL)
– Control del tráfico aéreo
– Equipos auxiliares para la navegación aérea como radar, trayectoria de planeo, equipo medidor de distancia (DME) y radiofaro omnidireccional de muy alta frecuencia (VOR)
– Escaleras o gusanos para embarque (400 Hz)

• Terminal de pasajeros
– Plataforma comercial
– Registro y documentación
– Telecomunicaciones
– Información de vuelo y sistema de visualización
– Control de seguridad de video
– Control de pasajeros (escáner)
– Tiendas
– Sala de control
– Sistema de manejo de equipaje

•    Infraestructura de energía eléctrica
– Dispositivos técnicos
– Alumbrado de emergencia y ventilación
– Sistemas PLC de distribución eléctrica de media tensión

Por ejemplo, según el estándar internacional CCIS, el tiempo de transferencia de luces de pista debe ser de entre 0.4 y 0.5 segundos, por lo que se recomienda un UPS para esta aplicación.

En hospitales los cortes de energía pueden ser una cuestión de vida o muerte

Hospitales
Los hospitales son otro tipo de edificio en el que la disponibilidad de la energía crítica podría ser cuestión de vida o muerte. Las áreas de quirófanos, cuidados intensivos y el equipo médico son algunos de los aspectos por proteger.

De acuerdo con las últimas cifras del Sistema Nacional de Información en Salud (Sinais), en México existen 23 mil 804 unidades, de las cuales, 86.8 por ciento pertenecen al sector público y 13.2 por ciento a instituciones privadas. En lo referente a unidades construidas durante 2013, las cifras señalan 159 unidades de consulta externa y cuatro de hospitalización en general del sector público, en tanto que el número de hospitales privados creció en 96 unidades durante el mismo periodo.

Por otro lado, existen múltiples necesidades de infraestructura en el sector salud y, como ejemplo, se tiene una lista de 17 mil 300 pacientes en espera de donación de órganos y tejidos; sin embargo, únicamente se cuenta con 308 hospitales autorizados para realizar trasplantes. El reto principal es ampliar la red hospitalaria con el fin de atender la gran demanda.

En promedio, los cortes de energía ocurren cada 60 días y los huecos de tensión, llamados sags, ocurren tres veces al mes. Los efectos ocasionados por huecos de tensión e interrupciones ocasionan una pérdida de entre 200 mil y hasta 4 millones de dólares por evento, sin contabilizar los costos ocultos, como la posible pérdida de datos críticos del paciente.

Los UPS regulan el voltaje para proteger los equipos de cualquier disturbio

Industria
Alimentos y bebidas
En la industria alimentaria y de bebidas se encuentran áreas críticas que deben respaldarse por UPS; las máquinas de llenado, los sensores, relevadores y los PLC son los equipos más susceptibles.

Como experiencia, hemos desarrollado aplicaciones en plantas de dulces en las que se tienen grandes máquinas con resistencias, “bastonadoras”, que baten el caramelo caliente. Si dichas máquinas se detuvieran a causa de un corte de energía el usuario tendría graves pérdidas:

– Al enfriarse, el caramelo se pega a la máquina y se convierte en desperdicio
– Una vez que regresa la energía eléctrica la “flecha” que bate el caramelo no puede operar, ya que se queda pegada y si intenta girar se daña
– El caramelo debe retirarse minuciosamente con vapor y espátulas por varios operarios
– Una vez limpia la máquina, para operar debe recalentarse

En resumen, las perdidas visibles son cuantiosas sin contabilizar los retrasos en la producción, desgaste de la máquina y costos por salarios perdidos.

Los UPS protegen procesadores, chips y componentes electrónicos

Electrónica y aeroespacial
En la industria electrónica y aeroespacial las líneas de producción consideradas como críticas, en especial la fabricación de procesadores, chips para celulares y componentes electrónicos son protegidas por UPS y ensambles. Actualmente, algunos clientes exigentes certifican si sus proveedores cuentan con respaldo en sus líneas.

Como ejemplo hemos encontrado procesos de calidad en los que la maquila debe probar los equipos electrónicos antes de ser embarcados al cliente. Tales pruebas duran varios días y si son interrumpidas es necesario repetir el proceso.

Esta interrupción puede ser un disturbio o un corte de energía. Si esto ocurre, además del reinicio de la prueba, existe más consumo de energía y se genera un retraso en la entrega del producto, lo que genera desconfianza al cliente.

Colocar grandes UPS para regular el voltaje evita disturbios y cortes de energía es una solución viable para esta aplicación.

En la industria farmacéutica la falta de UPS puede provocar daños en máquinas y componentes

Procesos y farmacéutica
En la industria en general podemos encontrar máquinas automatizadas que tienen un gabinete de control donde se hospedan el PLC, relevadores, drivers, fuentes de voltaje, entre otros. Estos equipos, en especial el PLC, podrían sufrir pérdidas en la secuencia del programa que está corriendo a causa de cualquier disturbio, como los sags. Esa pérdida provocaría el paro de la máquina, el borrado del programa o daños en algún componente.

Se aconseja proteger la máquina con supresores de transitorios TVSS; y dependiendo de la criticidad de la máquina, el tipo de cliente de la compañía suministradora y la ubicación geográfica de la planta, se determina la capacidad en kA del supresor. Se recomienda proteger el control con un UPS; lo más común sería un UPS monofásico del tipo online doble conversión, el cual evita cualquier swicheo hacia la carga.

En la industria minera es vital contar con energía ininterrumpida para no afectar sus procesos

Minería
En esta industria hay procesos críticos como la producción de óxido de molibdeno, ferromolibdeno, concentrado de molibdenita, concentrado de molibdenita descobrizada, ácido sulfúrico y electrolito de cobre.

La planta de ácido encargada debe contar con energía ininterrumpida debido a que en su proceso se manejan altas presiones y, si deja de bombear, la presión podría liberar las válvulas de presión con lo que escaparían gases tóxicos.

Se han instalado UPS de hasta 800 kVA o sistemas paralelos de 3×500 kVA en este tipo de industrias, lo que ha brindado confianza y certificaciones a la planta que los instala.

En la industria petrolera los UPS se diseñan para trabajar bajo condiciones extremas

Petróleo y gas
En la industria del petróleo y el gas, también se realizan procesos críticos o ultracríticos, como en plataformas y pozos petroleros. Los UPS que se instalen en estos lugares, sin excepción, deben ser de tipo industrial. Estos equipos no comerciales se consideran de fabricación especial, puesto que sus tarjetas cuentan con recubrimientos en resina, el gabinete es Nema 3R y suelen trabajar con baterías húmedas de Níquel-Cadmio o Plomo-ácido. Son UPS diseñados para trabajar en condiciones extremas de clima, humedad y temperatura; su costo es mayor, así como su tiempo de entrega.

Entretenimiento
Casinos
Los casinos son otro tipo de edificio en el que la continuidad de la energía no sólo es un juego, sino que es parte vital del negocio. Para 2018 se prevé que esta industria en México tenga un crecimiento de 70 por ciento, ya que actualmente existen 409 salas abiertas de un aproximado de 750 autorizadas por la Secretaría de Gobernación (Segob); es decir, se podrían sumar cerca de 341 nuevos casinos.

Las llamadas “máquinas tragamonedas” modernas son en sí una computadora con pantalla táctil conectada en red montada sobre un gabinete estético con luces. Para que el jugador no se frustre cuando va ganando o para mantener la confianza en los jugadores, los casinos deben colocar grandes UPS con el objetivo de alimentar las máquinas.

Un casino de 500 máquinas requiere un UPS de 225 kVA; también, debe contar con un pequeño centro de datos donde se concentre la comunicación de todas las máquinas tragamonedas para procesar información, estadísticas y balance. Este pequeño centro de datos debe tener un sistema de UPS redundante, aire y seguridad adecuados. Su consumo va de 10 a 30 kVA.

En la industria minera es vital contar con energía ininterrumpida para no afectar sus procesos

Centros de datos
Por supuesto, no podían faltar los centros de datos en los que la disponibilidad requerida es bastante alta. En estos sitios, según el tier, será el arreglo de UPS, transferencias y enfriamiento que se encontrará. Los UPS para centros de datos suelen ser modulares y escalables, lo que brinda los siguientes beneficios:

Al ser escalable, al inicio de la vida de un centro de datos, es común que se inicie con poca carga, ya que, por eficiencia y presupuesto no se requiere de toda la capacidad. El beneficio es crecer conforme se requiera sin interrumpir la operación del centro de datos

•    La modularidad permite redundancia para aumentar la disponibilidad
•    Al ser modular el tiempo de reparación es menor

En general, los UPS ayudan a regular el voltaje y a mantener un área o máquina sin cortes de energía de poca duración. Si están conectados a una planta de emergencia, que sería un sistema completo de respaldo, la falla podría durar días sin afectar la carga. En el caso de los UPS de tipo online doble conversión, tienen un rectificador a la entrada y un inversor a la salida, lo que significa que generan una nueva onda de voltaje que suele ser senoidal “pura” dependiendo la calidad del UPS, ideal para cualquier equipo crítico. Lo anterior significa que la carga está protegida contra cualquier disturbio que se tenga a la entrada, como sag, swell, altas y bajas, transitorios y distorsión de onda, por mencionar algunos.

Los UPS se emplean para casi cualquier tipo de carga crítica; sin embargo, las únicas aplicaciones en las que debemos ser cuidadosos es con grandes motores que generan altos consumos de corriente al arranque, ya que los motores no cuentan con un arranque suave, como un arrancador de estado sólido o un variador donde sea posible ajustar la rampa de arranque al mayor tiempo posible. También es preciso cuidar las aplicaciones con motores a pasos o “servomotores”, los cuales arrancan y se detienen constantemente. Estos dos tipos de carga generan un desgaste excesivo del inversor del UPS, que aunque está diseñado para soportar sobrecargas, al ser tan constantes y altas, llegan a dañar el UPS a corto plazo.

Los supresores de pico o TVSS protegen una instalación si están ubicados estratégicamente desde los tableros principales, secundarios y carga crítica. La protección de los TVSS es contra transitorios y contra ruido común en la línea, lo que cubre entre 40 y 60 por ciento de los problemas comunes de calidad de energía.

El TVSS no es un filtro de armónicas ni un regulador o UPS. Se pueden colocar para proteger cualquier carga y, como la mayoría se coloca en paralelo con la carga, la capacidad del supresor no va en relación con la capacidad en kW de la carga por proteger. El supresor requerido se selecciona con base en el tipo de carga, la ubicación del supresor (tablero principal, secundario o carga final) y la ubicación geográfica de la planta. Por lo anterior, es conveniente proteger al mismo UPS con un TVSS.
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Joaquín Alberto Corona Romero
Es Ingeniero Electrónico en Computación por el CETI. Cuenta con una Maestría en Administración, con especialidad en Comercialización Estratégica por la UVM. Es director Operativo Comercial de Energía y Redes, S.A. de C.V., empresa especializada en administración de energía, diseño y construcción de centros de datos.