Sistemas de Control, Buscando el Ahorro Energético Sustentable

Los Sistemas de Control son muy amigables en su operación ya que además de su fácil administración, el valor agregado se encuentra en la información inteligente que proveen.

Al visitar un centro comercial, un supermercado o bien un hospital nos percatamos que parte fundamental de la operación en estas construcciones son los Sistemas de Control que de manera eficiente, funcional y operativa, brindan confort en las instalaciones y ahora su uso correcto de en los sistemas de refrigeración, aire acondicionado, e iluminación son parte fundamental para la eficiencia energética.

En ese sentido hoy en día diversas empresas ofrecen Sistemas de Control para la automatización que trabajan de manera individual o en conjunto. En lo que respecta al aire acondicionado, existen diferentes controladores que van desde una manejadora hasta controladores Rack, condensadoras, compresores, los mismos refrigeradores en vitrinas, aperturas, la temperatura de congelación, entre otros.

El control se aplica en el encendido y apagado en espacios exteriores e interiores, a través de los niveles de iluminación que se requieren dentro del sitio y en horarios determinados. Por su parte en la refrigeración, los Sistemas de Control ocupan alrededor de 60 u 80% del mercado nacional principalmente en la refrigeración y congelación.

Confort de los Sistemas de Control
El confort está implícito en el proyecto de los Sistemas de Control.

Es importante señalar que la aplicación de estos controladores ya sea en edificios corporativos, hoteles, hospitales o supermercados principalmente, están diseñados para cuidar el confort de las personas en piso de venta. Al respecto y si pensamos que en nuestros días el consumo de diversos productos o servicios conlleva estrategias de mercadotecnia que por ende influyen en la utilidad de las empresas, es inseparable invertir en los adecuados sistemas que nos permitan contar con los niveles de iluminación, que eviten mermas en los productos que se encuentran en los refrigeradores abiertos al público, lograr una temperatura confortable para el ser humano, eficientar los gastos operativos, entre otros rubros.

No obstante, en el resultado final del confort está implícito en el proyecto para la aplicación de los Sistemas de Control. En un inicio, se desarrolla la ingeniería ya sea a través de un tercero o bien desde la compañía que lo requiere, ejemplo de ello es la cadena de autoservicios Wal-Mart que cuenta con su departamento de ingeniería y en conjunto trabaja con la preingeniería, la ingeniería de diseño y la de detalle. De esta manera y una vez que se tiene el proyecto conceptualizado se inicia el desarrollo del concepto. En esa etapa es fundamental cumplir con los tiempos ya que una vez aprobado, las fechas son inamovibles para el cliente por los compromisos pactados ya sea para una apertura o inauguración lo cual obliga a que la compañía sea versátil.

¿Por qué el control típico no tiene óptimos resultados?

1. El presostato no puede mantener lecturas más precisas y no tiene ninguna lógica de combinación de capacidades dando más gasto energético.
2. El ajuste de baja temperatura es muy alto y no se obtiene buen rendimiento económico.
3. El mismo punto de control todos los días y todo el año!.
4. Es una operación simple, pero resulta en:

• Alto Consumo de Energía
• Costo alto de marcha o trabajo

Valor agregado de los Sistemas de Control
En nuestros días los sistemas de control son muy amigables en su operación ya que además de su fácil administración, el valor agregado se encuentra en la información inteligente que proveen al brindar reportes que dan como resultado controlar de una manera eficiente. Los Sistemas de Control son diseñados exclusivamente para ese tipo de formato por lo que cada instalación es diferente tanto en funcionamiento como en su aplicación tecnológica.

¿Cómo se puede controlar la iluminación?
1. Usando el control automático de iluminación para evitar el uso de empleados controlando las áreas y poder maximizar la eficiencia de demanda en estas áreas.
2. Utilizar fotoceldas nocturna exterior e interior diurna para mejor control.
3. Utilizar diferentes niveles de control de iluminación durante las horas de apertura y horario.
4. Usar la iluminación decorativa solo en las horas de tráfico masivo de clientes o promocional.
5. Uso de sensores de movimiento en áreas de empleados y baños de servicio.

Volviendo al caso de Wal-Mart, las ventajas en el Sistema de Control cambian en temperaturas cuando es verano o invierno. Para tratar de buscar ahorros energéticos, el sistema monitorea todas las tiendas en un call center donde se supervisan alrededor de 380 tiendas en México y 2000 en Estados Unidos.

Las compañías involucradas en los proyectos, se enfocan al proceso de control de los sistemas, la programación de los paneles, los puntos de control, se capacita y de hecho se proporciona el soporte ya que la mayoría de los equipos de refrigeración o congeladoras vienen armados o diseñados en gran medida de Estados Unidos, lo cual no interviene en gran parte ya que en caso de ser otra marca, finalmente se instalan o bien, en el caso de algún problema se contacta al dueño de la marca.

En la ciudad de México donde el clima es variado en comparación a otras partes de la República Mexicana, existe una inclinación sobre todo en los denominados Multi-city para buscar el ahorro energético ya que para este tipo edificios, consumir el 1% es un ahorro significativo ya que la mayoría de las compañías anualmente buscan alrededor de 2 ó 4 por ciento de ahorro energético tanto por la cantidad que consumen cómo por el aumento en el precio del K/h.

Por sus características, un Sistema de Control en primera instancia debe proporcionar un monitoreo real y confiable.

Hay inmuebles que únicamente controlan iluminación, otros controlan refrigeración porque importan las mermas, en los que controlas iluminación es porque sienten que más les pegan en cuanto a no tener un cambio de iluminación adecuado.

Entonces todo lo demás parte de un buen monitoreo, de un costo beneficio, de una evaluación para conocer qué es lo que quiero controlar, cuándo deseo gastar en ese control y qué beneficio me va a traer.

Aire Acondicionado
Lo siguiente puede ser controlado con el sistema inteligente EMS para optimizar los sistemas:

• Unidades de Manejo de aire
• Control del Motor Ventilador incluso con variador de frecuencia
• Control de Damper
• Secuencia de Plantas Centrifugas
• Torres de Enfriamiento
• Control de Humedad
• Válvula de agua fría de sobre paso

Hablando en números
También en el mantenimiento intervienen los Sistemas de Control.

Por sus características, un sistema de control en primera instancia debe proporcionar un monitoreo real y confiable. Una vez que se tiene el monitoreo oportuno y el  diagnóstico correcto del Sistema de Control en relación a las mediciones, vienen las acciones correctivas y los costos beneficios. Regularmente un buen sistema de control debe amortizarse con el beneficio y el promedio es de dos años ya que si se lleva más de ese tiempo seguramente al inversionista no le interesará por lo que se debe buscar un equilibrio.

Ante ese panorama, los proyectos de Sistemas de Control se deben aceptar siempre que sean considerados “llave en mano” ya que la inversión en una tienda por mencionar un ejemplo, oscila entre 5 mil dólares y 50 mil dólares (dependiendo del proyecto). A la par, existen otras cuestiones por considerar además de la parte financiera ya que en la parte operativa es donde recae muchas veces el proyecto ya que en ocasiones se prefiere reducir el número de empleados por un gerente regional y los supervisores de las tiendas al contar con un Sistema de Control eficiente en el que existe un ahorro intangible o tangible.

Otra área en la que intervienen los Sistemas de Control es la de mantenimiento porque la mayoría de estos son correctivos y con Sistemas de Control monitoreados adecuadamente se conoce cuánto tiempo se tiene operando los equipos, cuánto tiempo la luz está encendida, y al contar con toda esta información se toman decisiones relevantes que conlleva al análisis que las tiendas de autoservicio hacen para cuantificar cuánta gente opera y cuánto les cuesta, o bien se cuestionan el por qué el cliente ya no regresa a la tienda por no sentirse confortable.

Bajo ese panorama, la actitud de los inversionistas no cambia al querer sustituir un sistema de control puesto que ya conocen una marca. Probablemente deseen optimizar sus equipos porque son obsoletos y quieren buscar un ahorro energético mayor. Sin embargo, cuando los equipos de un cliente son obsoletos, seguramente buscará cambiarlos en su totalidad a un mejor Sistema de Control que le ayude a obtener ahorro y es ahí cuando llega la modernización que ocurre principalmente cuando el cliente no ha renovado de 10 años a la fecha y es por demás necesario que busque un Sistema de Control.

Regularmente un equipo electrónico no falla, si no falló en los primeros dos años, no fallará nunca y sólo hay que darle mantenimiento y generalmente son muy confiables. La mayoría de los Sistemas de Control se deben actualizar año tras año o de acuerdo al sistema del fabricante, pero hay otras marcas que cada seis meses renuevan su software o su hardware, pero es más costoso.

Comunicación entre los Sistemas de Control
Todos los sistemas de control trabajan bajo su mismo protocolo, pero hay protocolos universales. Si hay combinaciones de protocolos, lo que se busca es que un Sistema de Control se comunique con otro Sistema de Control, pero cuando se desarrolla por una compañía, no se tiene por qué comunicarse con nadie ya que el protocolo es auténtico.

Arquitectura del Software
La arquitectura del Sistema de Control consistirá en un conjunto altamente integrado de sistemas distribuidos por medio de redes en una organización jerárquica. Esta jerarquía será organizada siguiendo el modelo cliente-servidor. El Sistema de Control operará en tiempo real (quasi-real time), con una jerarquía de niveles de control y comunicaciones entre procesos. Habrá un gran número de puntos de control y por lo tanto, de procesos para controlarlos. Los planes actuales contemplan varios procesos front-end, procesos, estaciones de trabajo y servidores.

Arquitectura del Hardware
La arquitectura del hardware del Sistema de Control será totalmente distribuida. Consistirá en nodos VME llamados unidades de control locales (LCU) con capacidad de proceso en tiempo real conectados directamente a dispositivos físicos del GTC. Estas conexiones serán capaces de usar un conjunto variado de buses de control (ej., CAN bus, GPIB, Bitbus). Otros nodos de alto nivel llevarán a cabo funciones de coordinación y ofrecerán servicios críticos al resto de los nodos (ej., envío de eventos, logging, monitorización, planificación). Ambas, LCU y las unidades de coordinación, serán conectadas por medio de uno o más ATM nodos, para formar la llamada red de control. Esta arquitectura permitirá una configuración dinámica del tráfico del tal forma que cada nodo tendrá un ancho de banda adecuado a sus necesidades. En las circunstancias en las que el ancho de banda es muy grande, serán usados otros interfaces como SCI o Fiber Channel. Sin embargo, cuando el ancho de banda no sea problema, se podrían usar interfaces más baratos como Ethernet o Fast-Ethernet.

Sistema Unificado de Control de Refrigeración, “HVAC”, e Iluminación

1. Ventajas de un sistema unificado de “software” de control integrado para “HVAC”, refrigeración e iluminación:

2. Mejor control de humedad que afectan al cliente y comida.

3. Optimización de la energía para las áreas de “HVAC”, refrigeración e iluminación de un sistema maestro centralizado.

4. Un programa unitario para obtener históricos informativos y operar temperaturas, presiones, consumo de energía (KWh) para la operación total de tienda.

5. Menos equipo redundante en áreas de mantenimiento o gerenciales.

6. Personal de mantenimiento tiene menor cantidad de equipo para operar.

7. Bajo costo de equipo comparado al tener equipos diferentes para todo control.

Sistemas de control agrupados en tres tipos básicos:
1. Hechos por el hombre. Como los sistemas eléctricos o electrónicos que están permanentemente capturando señales de estado del sistema bajo su control y que al detectar una desviación de los parámetros pre-establecidos del funcionamiento normal del sistema, actúan mediante sensores y actuadores, para llevar al sistema de vuelta a sus condiciones operacionales normales de funcionamiento.

2. Naturales, incluyendo sistemas biológicos. Por ejemplo, los movimientos corporales humanos como el acto de indicar un objeto que incluye como componentes del Sistema de Control biológico los ojos, el brazo, la mano, el dedo y el cerebro del hombre. En la entrada se procesa el movimiento o no, y la salida es la dirección hacia la cual se hace referencia.

3. Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales. Se encuentra el sistema de control de un hombre que conduce su vehículo, este sistema está compuesto por los ojos, las manos, el cerebro y el vehículo. La entrada se manifiesta en el rumbo que el conductor debe seguir sobre la vía y la salida es la dirección actual del automóvil.

Clasificación de los Sistemas de Control según su comportamiento
1. Sistema de control de lazo abierto: Es aquel sistema en que sólo actúa el proceso sobre la señal de entrada, y da como resultado una señal de salida independiente. Estos sistemas se caracterizan por:

• Sencillos y de fácil concepto.

• Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.

• La salida no se compara con la entrada.

• Afectado por las perturbaciones la precisión depende de la previa calibración del sistema.

2. Sistema de control de lazo cerrado: Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Sus características son:

• Complejos, pero amplios de parámetros.

• La salida se compara con la entrada y la afecta para el control del sistema.

• Estos sistemas se caracterizan por su propiedad de retroalimentación.

• Más estable a perturbaciones y variaciones.

Los sistemas de control según la Teoría Cibernética se aplican en esencia para los organismos vivos, las máquinas y las organizaciones. Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por Norbert Wiener en su obra Cibernética y sociedad con aplicación en la teoría de los mecanismos de control. Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado.
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Fuentes de consulta y colaboraciones:
Ingeniero Agustín Borjas Hernández / Senior Account Manager / Novar

Juan Carlos Illescas / Director de Ventas / Novar

www.novar.com

www.wikipedia.org